当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

电力系统低频振荡阻尼控制研究


东南大学 硕士学位论文 电力系统低频振荡阻尼控制研究 姓名:严伟佳 申请学位级别:硕士 专业:电力系统及其自动化 指导教师:蒋平 20061101

摘要





随着电网规模不断的扩大,电力系统的稳定问题日益突出。其中电力系统低频振荡已 成为影响电网安全稳定运行的一个突出问题。本文主要研究的

就是如何对电力系统低频振荡
进行抑制,保证电网安全稳定的运行。

电力系统稳定器(P8¥)结构简单、物理概念清晰,是抑制低频振荡,提高电力系统动
态稳定性最为经薪有效的措施,已经在电力系统中得到了广泛的应用。但是传统电力系统稳

定器参数是针对某一低频振荡模式进行阻尼设计的。对于其它振荡模式的阻尼效果就无法保 证,因此本文提出了利用遗传算法来优化其参数以达到更好的阻尼效果。本文从阻尼控制的 原理出发,利用方便得到发电机相频特性曲线这样一个特点出发,设计优化目标.从而实现 全频带更优的阻尼控制效果,在不增加系统投入的情况下充分发地发挥器件本身的功效。 电力系统的低频振荡分为区域内低频振荡和区域间低频振荡,使用电力系统稳定器对 系统区域内低频振荡阻尼控制,得到了较好的阻尼效果,但是PSS对于区域间低频振荡的 阻尼效果却并不尽如人意。随着电力电子技术不断的发展和大功率电力电子器件不断产生, FACTS在电力系统中的应用不断酱遍,因此本文提出了利用FACTS实现区域间的阻尼控制。
首先通过数学模型推导FACTs实现阻尼控制的基本原理.其次在阻尼控制器设计中,本章

利用相角补偿原理,设计控制器来持续减小区域间的振荡能量,实现区域问阻尼控制。本文
以SVC为例详细介绍附加阻尼控制器的设计.同时对其常用的几种附加控制信号的阻尼效 果进行了对比,从而选择最为合适的附加控制信号。本文对其它几种常用的FAcTS器件也

进行了阻尼控制器的设计。通过在PSASP下的仿真验证结果表明,利用FACTS器件能够有

效地对区域间低频振荡进行阻尼控制。通过PSS和FACTS结合使用,分别有针对地对区域
内和区域阃低频振荡进行抑制,从而实现整个系统低频振荡阻尼控制的目标。 本文最后探讨了系统总阻尼变化的特点。并讨论了影响系统总阻尼的参数,得出了系

统的总阻尼有类似于守恒的特性。这也从理论上证明了一个阻尼控制器在增强某些振荡模式
的阻尼同时有可能减弱另一些振荡模式的阻尼。基于这个原理,在进行阻尼配置的时候就不

能片面地考虑增加某个振荡模式的阻尼,而更应该进一步考虑由于它所导致的其它振荡模式 阻尼的改变,是否会影响到其它振荡模式的稳定问题。通过对系统低频振荡的阻尼控制器设
计将会有一定的参考作用。

关铡I词:低频振荡:遗传算法;电力系统稳定器;灵活交流输电系统;附加阻尼控制
系统总阻尼

Abstract W曲the
development of economic,power料stcm makes great prog-ess.Elec仃omechaninai
art

oscillations have gained

increasing伽叮c吼11壕aim ofthis paper is
low-fitquency

to

damping low frequency

oscillations to guarantee the power systems running safely and stability.

m也aditional power叫8把皿stabilize“PSS)has the advantage ofstructure simply、physics

conPⅪpt clear,wh/ch has the good effect ofdamping in power

sy¥lem.删e freq灿y

oscillation,'10 it is used

widely

the traditional approach of parameta稿design to

PSS.which咖l啦one

special mode of low-frequency oscillations.call not

en目m

the damping
the

effect in other frequency

band.nli5

paper p帕朔1招a new approach

to

implement

parameters optimization of PSS
good damping effect over an

controller.With genetic algorithm(GA).this
the main bend of optilnization

approach

c锄ensure a

object啪be flexibly modified岘gh
are

low frequsncy

osoilIatious(O.2Hz.2.58z).Furthermore,the


weqighted calculation
can

to different frequency

ban&.The simulation results

illustrate that this approach is valid and

be used for reference.

Elec在'omechaincal oscillations
Inter-area

composed

of local oscillation and inter-aren
not

oscillation.
be damped

oscillation,which aroused
a a

by many generators in differeot are觞.will
ac

effectively if only
may have

few generatDcs install PSS.while flexible

transmission system(FACTS)

good effect because of its installing flexibly and good dynamic performance.A
the

damping controller of FACTS is designed with the theory of deducing

power in

area

oscillation.In this paper,SVC is taken for example tO design the damping conn'oller,then proved the effect by simulation in PSASE additional

There
are

are

many different signals which


call

be

used

for the

damping

control,SO they were compared to get

better damping effecL Damping

enmrollers

of other kinds of FACTS

also designed,which also have

good

effect to damping

inter-area oscillation by simulation.The oscillation thr01】lgh local

resol协indicated

that it is effective to damp the inter-area

FACTS,Throu窨h
the inter-area

installing the PSS

end

FACTS which aim at damping the

oscillation end

oscillation,gmcentee
whole damping is to it
are

the power

system倘safely end stability.
in this paper at

11”concept of the parameters which

system
relation
arc

proposed

last.and

the

have

the

also got,then proved by simulation in PSASE

When
arc

the system whole damping is constant,some of the damping of low increased while the others

fzequency

oscillations

decreased consequentially,so

it mBSt be

consideration roundly.

Keywor&:low frequency oscillation;genetic aIgofithm;PSS;FACTS;additional

damping

control;system whole

damping



学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均
已在论文中作了明确的说明笋表示了谢意。

签名:垩垒垡日期:旦生型?万

关于学位论文使用授权的说明

东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论 文被查阅和借阅,可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包 括刊登)授权东南大学研究生院办理。

第一章绪论

第一章绪论
1.1课题研究背景
随着经济的发展,人们对电能的需求日益增长,发电设备的容量不断增大,供电范围也 不断扩大,电力系统逐濒向大型联合方向发展。特别是随着大功率输电线路和系统闻弱联系 的出现,大容量机组在电网中的不断投运以及快速、高放大倍数励磁系统的普遍使用,低频
振荡现象在大型互联电网中时有发生,已经成为威胁电网安全的突出问题。如果电网结构不

完善,缺少必要的安全措施,一个局部的小扰动或异常运行也可能引起全系统的连锁反应, 甚至造成大面积的系统瓦解.对国民经济造成灾难性损失。在这方面,很多国家和地区(如 美国、俄罗斯、加拿大、欧洲等)都有过惨痛教训。特别是在2003年8月14日的美国、加拿
大大停电事故发生后悯,电力系统的安全问题引起了世界的普遍重视。我国的互联电力系统

已成为世界上少有的超大规模同步交流系统之一,因此低频振荡在我国同样也是不可避免的 问题。近年来.我国的电力系统因稳定破坏事故所造成的经济损失也是相当惊人的。如东北、 华中、湖北、河北、广东一香港互联电网等电网均发生过多次功率振荡事故,对系统稳定及 电力系统设备造成严重威胁。因此电力系统低频振荡问题已成为发展大型电力系统过程中亟
需认真解决的突出问题。

1.2低频振荡综述
1.2.1低频振荡基本概念及产生机理
电力系统中,茂电机在扰动下会发生转子问的相对摇摆.并在缺乏阻尼时引起持续振荡, 此时,输电线上的功率也会发生相应振荡,由于其振荡频率很低。一股为0.2~2.51{z,故称 为低频振荡。其振荡时产生的能量通过机电联系来传递,因此又称为机电振荡,表现为发电机 电功率和功角的变化。低频振荡严重时会导致系统解列或失去稳定。电力系统低频振荡比较 容易发生在长距离、重负荷的输电线路上,在采用现代快速,高顶值倍数励磁系统的条件下
更容易发生。

低频撮荡大致有两类表现形式,一类为区域问振荡模式,它是系统的一部分机群相对于
另一部分机群的振荡,其频率范围为0.2~O.5Hz,这种振荡的危害性较大,一经发生会通过 联络线向全系统传播:另一类为区域内振荡模式。或称为就地机组振荡模式,它是电气距离

很近的几个发电机与系统内的其余发电机之间的振荡。其频率范围0.5~2.5Hz.这种振荡局 限于区域内,相对于前者影响范围较小。低频振荡是危害电力系统安全运行的常见现象。单
机与大系统间的振荡表现为机组有功及无功出力的周期性摆动,通常需要减小机组出力,甚

至令机组退出运行才能平息。而在区域联络线上的低频振荡,会导致联络线上的自动保护措 施自动动作,导致网络解列。低频增幅振荡甚至会导致整个系统的崩溃,如1996年美国WScc
系统的大停电即是由增幅的低频振荡引起,造成巨大的经济损失。

在低频振荡研究领域,深刻认识低频振荡的产生机理具有重要的基础性意义, 目前低 频振荡的机理解释主要有基于阻尼转矩原理、强迫振荡原理、强谐振机理、分岔理论和混沌
振荡的解释。

1.基于阻尼转矩原理 低频振荡最早的机理解释是基于阻尼转矩的概念,由DemeUo与Concordia在1969年
提出[23]o该机理解释针对的是单机一无穷丈系统线性化模型,综合运用状态方程、传递函

数框图及K系数法,分析阻尼转矩大小性质的变化规律,发现在较高外部系统电抗和较高

东南大学硕士学位论文

发电机输出条件下,高放大倍数的快速励磁系统在增加系统的同步转矩的同时,有可能会给 系统带来负的阻尼转矩,当它抵消掉发电机原有的正阻尼后.便会引发增幅低频振荡。该机 理解释概念清晰,物理意义明确,有助于直观理解为何低频振荡易发生于远距离大容量送电
的场景。 2.强迫振荡原理

强迫振荡原理着重关注周期性负荷波动或振荡调节的作用,当发电机受到的周期性激励 的频率与系统固有振荡频率接近时,在该频率下便会发生强迫振荡,或称为共振型低频振荡 c””。它具有起振快、起振后保持等幅同步振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点。在强 迫振荡研究中查证扰动源是重要的研究内容. 3.强谐振机理



文献1381对多机电力系统不同振荡模式之间的相互作用进行了深入研究,通过数学理论分 析和2机3节点、3机g节点算例,详细讨论了强谐振导致系统振荡失稳的机理。说明随着 系统运行参数的改变,各振荡模式对应特征值发生移动,有两个振荡模式的阻尼和频率变化 到接近相同时便会产生谐振,称在谐振点处线性化矩阵不能对角化时为强谐振,能对角化时 为弱谐振。强谐振的结果会使两个振荡模式对应的两个特征值呈近似直角的方向迅速移动,
当其中一个穿越虚轴而引发振荡失稳。 4.分岔理论

从电力系统的非线性本质出发,用分岔理论研究电力系统低频振荡的发生机理起始于
20世纪80年代,Abed、Varaiya首次用Hopf分岔理论揭示了电力系统低频振荡中存在1#线 性奇异现象t39,。分岔理论利用特征值结合高阶多项式从数学空间结构上来分析系统的稳定

性,分析系统因本身构造(拓扑结构)的改变造成系统稳定特性的改变情况。Hopf分岔理 论精确刻画了在分岔点附近系统将由平衡态分岔为周期轨(极限环),通过横截条件、曲率
系数可以判定分岔发生的方向和周期轨是否稳定,稳定周期轨对应等幅的非线性振荡,不稳

定周期轨对应增幅的非线性振荡。在分岔点附近,通过对系统线性化而后根据特征值判断稳
定的方法可能得出错误的结论,比如即使全部特征值均位于虚轴左侧,如果轨道不稳极限环

出现,系统在小干扰下会发生增幅非线性振荡。利用Hopf分岔理论,可以得到分岔点附近 实际振荡的稳定特性,但由于计算的复杂性,目前相关分析要受系统规模和方程阶次的限制a
5.混沌振荡

混沌通常泛指那些貌似随机,实际上由精确的法则所决定,并对初始条件十分敏感的长 期有界的动态行为…1。实际电力系统是个强非线性的大型系统,动态行为极为复杂,存在 发生混沌的可能性。一旦系统发生混沌,会表现出一种非周期的,似乎是无规则的、突发式 或阵发性的机电振荡,即混沌振荡,电力系统可能出现的混沌给传统的稳定分析和控制都带 来了巨大的挑战,近些年来不少学者致力于电力系统混沌的研究,包括它产生的机理、形成
路径、影响因素、判别方法、控制措施等,但目前的研究尚处于初步探讨阶段,研究的对象 一般为规模很小的简单系统,许多问题都有待进一步研究。

上述所提出的振荡机理可以笼统的归为以下三类。
(1)根据线性系统分析,由于系统的调节措施的作用,改变了系统的特征根,产生了附加 的负阻尼,抵消了系统同有的正阻尼,导致扰动后振荡不衰减或振幅振荡。

(2)信号或扰动信号与系统固有频率存在某种特定的关系,产生较大幅度的共振或谐振, 其频率出于低频区域,产生了低频振荡。 (3)由于系统的非线性的影响,其稳定结构发生变化,当参数或扰动在一定范围内变化时,
会使得稳定结构发生变化,从而产生系统的振荡。这一分析有别于线性系统,因为线性系统

的稳定是全局的,而非线性系统是局部的。

1.2.2低频振荡的分析方法


第一章绪论

到目前为止。用于低频振荡的分析方法有许多种。最主要的包括特征值分析法、时域
仿真法、基于正规形理论的方法、基于量测的方法㈣. 1.特征值分析法

特征值分析法是当前小扰动稳定性分析应用最为广泛的一种方法。其基本思想是将动态 模型线性化,描述为由状态方程组表示的线性系统。根据线性系统理论求出其状态矩阵的特
征值,从特征值得到振荡模式的阻尼和频率,从特征向量得到模式与系统各状态量的关系, 由此得到系统稳定的定性和定量信息,因此特征值分析法的关键是如何求得特征值。目前特 征值求取的方法分为两类。(1)全部特征值求解,利用QR算法一次求出全部特征值,得到系

统所有模式,但其计算量大,占内存多.计算速度慢,尤其数学模型的阶数不能过高,否则 将有显著的计算误差,出现“维数灾”问题。(2)部分特征值求解,代表方法有s姒.AESOPS 法、S矩阵法和分数变换法。这些方法只计算一部分对稳定性判别有关键影响的特征值,可 以用于求解较大系统,但迭代过程中可能会造成失根或收敛于非机电振荡模式。 2.时域仿真法
它是以计算机仿真理论为基础,模拟系统在受到扰动后随时间变化的具体过程,以反映 系统的稳定性能。该方法针对特定的扰动。利用非线性方程的数值计算方法,计算出系统变

量完整的时间响应。其优点是可以计及非线性,对系统规模没有限制。但其缺点也很明显, 由于其扰动是人为设定,不能保证激发所有关键模式:仿真时间长,计算鼙大:所提供的关
键模式信息少,很难利用仿真结果直接找出系统不稳定的原因。以上原因使得在解决实际问 题中其应用受到限制,所以用数值仿真法主要用于校验结果。 3.基于正规形理论的方法

正规形方法是由法国数学家Poincare于20世纪20年代提出的。该方法作为简化常微分
方程和微分同胚的重要-[具,目前己在非线性动力系统、分岔理论等领域的研究中得到应用。 正规形理论的研究内容是对于一给定的向量场或映射,在给定的等价类中找剑较简单的形式

以便于研究,其数学实质是求非线性微分方程Taylor展开的二阶及以上的高阶解析解。正
规形方法已成为深入研究系统动态特性的一个有效工具。这种方法的不足主要在于计算复 杂、繁琐.对于大型系统难以实现,同时截断误差在多大程度上影响对系统的分析.缺乏严 格的数学证明。 4.基于量测的方法 基于量测的方法是直接对现场记录的数据波形进行信号分析,辨识出系统的振荡模式信

息。常用的信号辨识方法有傅里叶变换、小波分析、Prony算法等。在电力系统低频振荡研
究中应用最多的是Prony算法,该算法属于模态参数辨识的时域方法,数学实质为用e的复

指数函数的线性组合来拟合等间隔采集的状态变量的离散输出,能辨识出测量信号模式构成
的幅值、振荡频率、衰减因子和相位等信息。该方法的主要缺点是不艟解除对噪声的敏感。

1.2.3低频振荡的抑制措施
由于低频振荡对电力系统的危害极为严重,因此已经有很多的方法对其进行抑锘Ⅱ,现介 绍以下几种最为常用的抑制措施。 1.电力系统稳定器(PSS) 目前世界上抑制低频振荡通用的做法是在励磁系统中加装电力系统稳定器来提高发电 机的阻尼。用相位补偿的方法配置PSS参数具有物理概念明确,操作方便等优点。国际大电

网会议第38研究委员会曾组织专门工作组对振荡的机理、研究方法和抑制措施等进行了研
究。其结论指出:为消除振荡的威胁,首先应仔细研究整定系统中主要发电机的电力系统稳 定器(PSS)。迄今为止,虽然已经提出了各种抑制低频振荡的方法,但PSS仍然是其中最经济 有效的措施。



东南大学硕士学位论文

2.直流小信号调制

在交直流并联运行的系统里面。可以用直流小信号调制增加对系统低频振荡的阻尼。最
成功的例子是美国太平洋联络线,不但起到了抑制低频振荡的作用。还使原来的交流联络线

的输送容量从2100珊提高到了2500H.
3.FACrS装置

FACTS(包括SVC,STATCOM,TCSC等)装置的投入同样可以增加系统低频振荡的阻尼。
FACTS装置具有调节迅速灵活的特点.对改善系统稳定性能具有良好的作用。FACTS装置的作

用与其安装的地点和控制策略有很大关系。FACTS装置在国外的电网中运用的越来越多,但
由于其价格昂贵,在国内的电网中实际投入运行还很少。

1.3低频振荡抑制方法研究现状
自从1969年Demello和Concordia首次运用阻尼力矩的概念详细分析了在单机无穷大

系统中低频振荡产生的原因,并提出了对励磁系统的参考电压进行调制从而引入一个正的阻 尼力矩来对低频振荡进行阻尼控制以后。对低频振荡的研究不断的深入。低频振荡产生机理 及研究方法已经在上一小节中做了介绍,以下将主要介绍抑制低频振荡较新的一些理论和方
法。针对传统PSS参数设计只能对单一振荡模式进行阻尼,文献e6]提出了抑制多模的电力 系统稳定器的设计,它通过几个臼适应GPSS,且这些稳定器同时又并联J:作.稳定控制信号 由各个单一的自适应GPSS加权获得,该方法可以对多种振荡模式都达到较好的抑制效果。针 对PSS对区域同阻尼控制效果不明显的问题,文献[20]提出了通过PMU协调各发电机的PSS 来实现对系统区域问低频振荡的阻尼控制,达剑了比较好的阻尼效果,但这种方法需要全局 信息,实现起来也比较困难。针对多PSS参数之间的协调以及系统全局更优的阻尼控制,文 献[8]提出了基于增强连续禁忌算法的PsS参数优化,达到了更好的阻尼效果。以上传统PSS 参数优化方法大多需要精确的系统数学模型,当系统模型具有不确定性时。就不能保证参数 设计的可靠性:另一方面,以上参数殴计都是在系统某一典璎运行方式及工况下进行设计的,

当系统的运行方式及工况发生变化时,它就难以适应这种变化,有时甚至会失去其有效性,因 此鲁棒性不高。随着现代控制理论的日益成熟,许多新的控制方法,诸如非线性最优控制、自 适应控制、人工智能控制及它们的交叉应用在电力系统中的应用,使得阻尼控制技术有了长
足地发展,鲁棒性能也有了大大的提高。同时,随着电力电子技术的发展,FACTS器件在电

力系统中应用的逐渐普及,利用FACTS器件实现对低频振荡的阻尼控制也得到了很大的发
展。因此阻尼控制无论在方法还是在手段上都有了很大得发展。文献[9]提出利用非线性最

优控制对系统的低频振荡进行有效控制。文献[IO]提出利用自适应控制方法对低频振荡进行 控制。文献[11~IS]提出利用人工智能方法实现系统的阻尼控制。其中。文献[11]提出了利
用人工神经网络对受控系统的运行状态进行辨识,从而根据受控系统运行工况自动调箍控制 参数的新型自适应控制。仿真表明对低频振荡的抑制效果很好。文献[13]使用遗传算法对统

一潮流控制器模糊辅助阻尼控制器进行参数优化,这种方法优化的阻尼控制器能够很好地阻
尼系统的功率振荡。且比传统的基于线性系统设计的辅助控制器在不同的系统运行方式和振 荡模式下具有更好的鲁棒性。文献[15]设计附加在SVC上的自适应模糊控制器,该方法不需

预知系统具体参数,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,依据模糊规则自适应地对控
制参数进行调节,实现对区域模式振荡的有效抑制。仿真表明,该控制器能有效地提高互联 系统的动态稳定性水平。对不同的系统运行方式和振荡模式具有较强的鲁棒性。以上提出的 这些新型人工智能控制方法虽然能够很好对系统进行阻尼。而且鲁棒性也得到了很大地提

高,但是它们最大的缺点就是在进行阻尼控制器设计中没有考虑到现场实际器件,得到的控 制器往往无法直接应用于现场中,而需要重新投入新的设备。从减少投入这一点考虑,无论



第一章绪论

是PSS还是FACTS器件.针对其实际设备阻尼控制参数的优化是最为经济的方法。传统的阻 尼控制器参数设计方法往往鲁棒性不高,随著鲁棒控制理论的长足发展,利用H。鲁棒控钼卜 法对其参数进行优化就能很好的解决这样的问题。采用H。鲁棒控制理论设计的阻尼控制 器?能将电力系统的建模误差、参数不确定性和千扰频谱不确定性等因素计入设计方案之中, 因而能使控制系统具有很好的鲁棒性。文献[16~19]提出了利用H。鲁棒原理对阻尼控制器 参数就行优化设计,得到了极好的阻尼控制效果,而且由于是基于实际控制器参数进行的优
化,无需增加新的投入,其唯一缺点就是设计方法比较难,理论性较强。

1.4本文主要工作
从以上阻尼控制最新研究介绍中可以看到,从最早时提出PSS至今。阻尼控制理论方 法和手段已经有了极大的发展,但是很少针对振荡模式自身的特点(主要指低频振荡的影响
范围方面>去选择不同的装置对其进行控制,而且新型的控制理论往往无法应用于已有的现 场fl勺装置。因此,本文针对低频振荡分为区域内低频振荡幕l区域闻低频振荡,分nIj提出利用 电力系统稳定器和FACTS器件对它们进行阻尼控制。 本文首先从低频振荡的分析方法出发,介绍电力系统低频振荡的特征值分析法,并建立 特征值分析法所需的电力系统小扰动分析模型。这为下面的电力系统低频振荡的分析和阻尼 控制提供了分析方法。

针对电力系统区域内低频振荡,本文将利用电力系统稳定器对其进行阻尼控制。首先
介绍传统电力系统稳定器PSS的设计,并探讨这种设计方法的优缺点。由于传统电力系统 稳定器是针对某一特定的振荡额率设计的,因此控制器的性能在其它低频振荡频带上就无法 保证。针对这种情况,本文提出利用遗传算法对电力系统稳定器的超前滞后环节参数进行优

化选择,令其在低频振荡主频段内都能够提供一个较好的阻尼控制效果。由于这种优化策略
是基于发电机相频特性曲线实现的,而发电机相频特性曲线是可以在现场试验得到的,因此

本文提出的这种方法是实际可行的,这对于实际的PSS参数优化提供了一定的借鉴。通过
在PSASP下的仿真验证,表明了这种优化方法的有效性。 由于系统低频振荡主要分为区域内低频振荡和区域间低频振荡,而电力系统稳定器由于

只能安装于发电机内部,其对区域内低频振荡抑制效果比较明显,而对于区域阃低频振荡的 抑制效果就比较有限。针对这种情况,本文提出了利用FACTS来对系统区域间低频振荡进
行抑制。它可以有针对地安装于可能发生低频振荡的区域联络线上来抑制区域间低频振荡。

本文先从数学公式的推导。证明了FACTS实现阻尼控制的可行性。接着,提出区域同振荡
能量的概念,利用相角补偿原理持续消减区域问低频振荡的能量来阻尼低频振荡。本文以 SVC为例具体说明了阻尼控制的设计方法,在PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻 尼控制的SVC器件能够有效地抑制区域阀低频振荡。同时针对SVC附加控制信号的多样性, 选择了几种常用的附加控制信号进行阻尼效果的对比,得出了最为合适的附加阻尼控制信 号。本文对其它几种较为常见的FACTS器件也进行了阻尼控制器的设计。通过仿真验证, 都达到了很好的阻尼控制效果。最终,本文通过电力系统稳定器和FACTS装置相结合对电 力系统进行阻尼控制,实现全网的功角稳定运行。 本文分别利用PSS和FACTS实现区域内和区域闻的阻尼控制,并利用特征值分析法, 通过对低频振荡特征根阻尼比的变化来检验阻尼控制的有效性。因此,电力系统的阻尼对于 系统低额振荡的控靠0具有重要参考意义。本文从系统总阻尼的角度去考察系统阻尼的一些变



东南大学硕士学位论文

化特点,研究了影响系统总阻尼的参数,当调节和总阻尼无关的参数时,系统就具有阻尼守 恒的特性,这也证明了负阻尼效应是不可避免的。安装有PSS系统的这种现象已经被证明 了.本文推广到部分FACTS控匍器也满足这样一个特点,这为系统阻尼控制器的{殳计提供 了一定的参考.



第二章低顿振荡特征值分析法

第二章低频振荡特征值分析法
2.1引言
在绪论中已经介绍了常用的几种低频振荡的分析方法,包括特征值分析法、时域仿真法、 基于正规形理论法、基于量测法等,但是最为常用和便于实现和分析的还是特征值分析法t31。 本文也将利用特征值分析法对电力系统低频振荡进行分析,利用其提供的信息最终实现阻尼 控制。特征值分析法是当前小扰动稳定性分析应用最为广泛的一种方法。其基本思想是将动 态模型线性化,描述为由状态方程组表示的线性系统。通过对系统状态矩阵特征根以及特征 向量的分析.可以比较全面地了解系统信息,包括低频振荡的阻尼比,振荡频率、参与机组 等,因此特征分析法已经广泛应用于低频振荡的分析。

2.2电力系统线性化模型
单机无穷火系统线性化模型是多机系统模型推导的基础,也是研究动态稳定问题机理的
基础。以下将详细地推导出单机无穷大系统的线性化模型。为了便于数学推导,傲了部分简 化假设,如发电机采用二阶模型,计及励磁系统动态及发电机凸极效应:励磁系统为静止励 磁系统并用一阶惯性环宵描述:机械功率恒定:线路忽略分布电容及损耗,用电抗x表示: 无穷大系统酌电压为U=扩么伊。多机系统线性化模型的推导步骤和原理与单机系统基本相 同,这里将不再推导。

2.2.1发电机模型
发电机采用三阶模型时.记及励磁系统动态及发电机的凸极效应,其dq坐标标么值数 学模型如下

《。鲁呜一E:啪。“地
M鲁=只一[Eqlq-(以一_Ⅳ。】_D(州) 警吲州)
I%=X'qlq-R。Ia
心-1’

【_=t—x,l。一心‘
2.2.2励磁系统模型


(2—2)

励磁系统为静止励磁系统并用一阶惯性环节描述,其传递函数如下式,设Uref=const.

式中,q=√j研为发电机端电压。


面AE:=南=嘭(P)

(:_3)

东南大学硕士学位论文

2.2.3网络方程数学模型

网络在同步xy坐标下方程为q么移一UtLO。=胆么庐。设E+.,以=U,LO.
L+∥,=,么妒,则将网络方程实部、虚部分开有

Ⅳ"Lx谁] j2 o肛J


从dq—xy坐标关系,可知

(2—4)

阡。谢sia8:班]
式中,f可为U,I等电量。
●),


(2—5)





\÷ ,,, 、蔷:二:



圈2—1..砂一由坐标关系 以上各式构成了全系统的数学模型,在忽略调速器动态时为四阶(国,艿,疋’,Ef)?
这是一组联立的非线性微分方程组和代数方程组。


2.2.4系统状态方程的建立 有了上面一组联立的非线性微分方程组和代数方程组,以下将通过消去代数变量,在工
作点附近线性化。化为状态量的增量方程,下面给出具体推导过程及结果。

1.将网络方程据dq—xy坐标关系,化为dq坐标,并和发电机电压方程联立,可导出%,

%?L,‘用乓和万状态量表示的表达式,并将其化为增量形式。

怵:刊两边左乘Lsinc磊’060S=甜根据加吲将之化为曲抓可得
“sm瓯I

盼。刚sin81.强。刚sin8=哪-呲xlP盯.1殴谁]cz卅
将式(2—6)和(2—2)联立?可解出用匈’和万表示的%,%,厶?‘表达式



——一..苎三兰堡丝差曼矍笙堕坌塑鳖


阡赢k■n01EU刚cos8] 陋]-两桶{[呓≮蝎“啦.。三+五,][≥塞疆k僻0+五)]‘‘}
KJ僻+■)Ⅸ+髟’)[—似+局。)
l==—-—-————--—-—————-—-..—一I
■ll

|l乞’一



相应的增量方程为

隧]:藩p斟
T∞P龃1=跹f一战4
p△万=△∞

Q喵’

MPArz=-△E—DAw(2--9)

式中,必和嵋为代数量,由式(2一1)、(2—2)及£表达式可知必和嵋可化为△厶,
AIq和咙’的函数,即
6屺2征qo越q+o匹qIq0一tXt—XqHfl口出4+6ddi q矗 址q=龃4+晖4一X:、酗d
(2一10)

将式(2—8)代入上式,消去虬和她,整理得
△只=K△万+局△E’

址q=K,Aa+K4瓯
式中

(2—11)



东南大学硕士学位论文

卧卧I!Ustn8e 粉。
l僻+局‘)



1LijiP

仪.% 一,+ K汊 白嗄



局=l+生X+4Xd
K4=l+X五a+-^Xdd'c,咖磊
3.对励磁系统微分方程作同样处理,即可得到全系统的线性化模型。
励磁系统增量方程由式(2—3)化为


(2一12)

T乒醯f=一醯f—K E踊I
式中

(2—13)

△u=亭(%o△%+%0△%)=蚝△占+蚝△&’
VtO

(2一14)

且由式(2--8)可得


心k 1● ● J

,1 o鱼%


1● ,● ,●J

—., 。. 。. L

节丽 器。

o 0


(2--15)

慨一

皓鲁
O 0 A8 1

式(2—9)至(2--t5)即为全系统线性化模型。 将式(2--9)至(2一13)联立,并用Kl~足6参数消去其中代数量,可得标准状态方
程为
△J △西 0 O

l一足l/M-D/M

—K,/M

越 2l嵋/巧。
醯日

-1/墨巧o

l/《。

【《矗/c

峨A(O

一K。Kb}Te一、|T| 1●,● ● ● J

龃m\
(2—17)



@叫s,

以上方程一般可简写为

妓:怂)【
式中:△占为发电机功角增量 A∞为发电机角速度增量

△或为发电机暂态电动势增量 巧。为发电机d轴开路暂态时间常数
D为发电机等值阻尼系数 £为励磁系统时间常数
10

△E名为发电机励磁电压增量
JjI,为发电机惯性时间常数

置,为励磁系统增益

第二章低频振荡特征值分析法

根据式(2—9)至式(2—15),可得到全系统传递函数框图,如图2.2所示。

:.~......。J 图2.2单机无穷大系统传递函数框图 Kl~K6是和系统结构、参数、运行工况有关的系数,通常Kt~置4与K6大予0,K5 在重负荷时可能为负值。

2.3电力系统低频振荡的特征值分析法
在得到了系统状态矩阵A后,式(2--17)所表示的线性化系统,特征方程为

阻一纠=0

(2—18)

方程(2—18)的根五…置。称为系统的特征值。根据动态系统稳定性分析的有关理论, 当系统线性化状态方程系数矩阵A的所有特征值的实部均为负值时,实际的非线性系统在 平衡点附近是渐近稳定的{当系数矩阵A的所有特征值中至少存在一个实部为正,则实际
系统在平衡点是不稳定的。

若定义特征值对角阵A=diag(2a,…,一),则右特征向量矩阵u=Bl,.一,U。】满足式
下式
么U=UA

(2--19)

左特征向量矩阵矿=【Vl'...,K]满足式下式

彳7矿=队

(2—20)

物理上把一对共轭复根称为系统的一个振荡模式,把它相应的特征向量称为振荡模态。 通常认为系统特征值右特征向鼍的各元素反映了各状态变量上该特征值的可观性。而左特征

向量各元素反映了各状态变量对该特征值的可控性。因此定义了一个综含性的指标——相关

东南大学硕士学位论文

因子p目=!萼鱼反映特征值j和状态变量七之间的相互关联程度.低频振荡分析通常要找
q圾

出和△国、△J强相关的特征根,因此定义特征根的机电回路相关比肛=

,若某

个特征根^满足下式

艇k弼
I^=盘±萱Q
D口

艰。.(2- 21)t'la2石2

2 ×(o,一. 5Hz)

则认为该特征值为低频振荡模式。又称为“机电模式”。特征分析中还需计算一个特征根对

参数变化的灵敏度:姿,≥中口是系统的某个参数。根据隐函数求导法则可以得出下式

弘瓦





在参数优化中,式(2—22)为优化算法提供了重要的函数梯度信息。 低频振荡的频率一般在0.2~2.5Hz左右,按频率可以分为地区振荡模式和系统振荡模 式。地区模式为一台发电机或一组发电机和无穷大系统之间的振荡,振荡频率在0.5~2.5Hz:

系统模式为互联系统区域之间的振荡,频率较低,一般在O.2~O.51-1z。求出系统的特征值以 后,可以根据式(2—21)翔断出系统的机电振荡模式。~般认为若系统有n台发电机,刚
有作一1个机电振荡模式。若要求扰动后,振荡的次数小超过3~5次,则机电振荡模式的阻 尼比不应低于0.1~0.15。对于阻尼较低的低频振荡模式需要采取一定的措施提高阳尼。采 用PSS为系统引入一个正的阻尼转距,是一种较为方便经济的措施。

利用特征值分析法对系统低频振荡分析的基本步骤如下。
(1)列出多级系统的元件数学模型,根据潮流计算结果计算各代数量和状态最的初值:

将各元件模型在工作点处线性化,将线性化元件模型经适当的坐标变换,并和网络方程接口 联立消去代数量。形成全系统的线性化状态方程,记做△石=彳△石。
(2)计算系统的全部特征根及其相应的左右特征根向量。

(3)将特征根中振荡频率在0.2~2.5的特征根取出,计算其与各状态量的相关因子,
进而计算特征根的机电回路相关比,相关比大于1的则认为是低频振荡模式,据此可以从全

部特征根中鉴别出机电模式来。
,—:————々

(4)根据机电模式丑=啦+jQ;可计算自然振荡频率峨;√口。+Q2及阻尼比

乒f=赢)’一般要求阻尼比应大于o.1~o.3?将特征根的右特征向量中状态量△国
相应的各元素化为极坐标形式,可作向量图分析该振荡模式在各发电机中相对幅值大小和相 位关系,从而有助于判断振荡发生在哪两台机组或是机群之间.

第二章低频振荡特征值分析法

(5)根据机电模式和状态量的相关因子幅值大小可以判断机电模式跟哪一台(或若干 台)发电机强相关,从而可以考虑在强相关快速励磁的大容量发电机上安装PSS. (6)通过特征根灵敏度分析提供特征根同参数的相依关系(控制系统参数如PSS的放
大倍数),从而提供PSS的整定信息。.

2.4本章小结
特征值分析法作为一种对电力系统低频振荡十分有效的分析方法,本章对其做了详细地 介绍。其基本思想就是将动态模型线性化,描述为由状态方程组表示的线性系统,并通过对 系统状态矩阵特征根以及特征向量的分析,全面地了解系统低频振荡相关信息。因此特征值 分析法的关键是形成电力系统线性化方程的状态矩阵。为此,本章详细推导了单机无穷大系 统的线性化方程,最终形成系统的状态矩阵.

第三章基于遗传算法参数优化的电力系统稳定嚣阻尼控制

第三章基于遗传算法参数优化的电力系 统稳定器阻尼控制
3.1引言
电力系统稳定器(PSS)是为了抑制低频振荡而最早发展起来的一种附加励磁控制器。 1969年.F.P.Dcmello等运用阻尼转矩的概念对单机一无穷大系统低频振荡现象产生的原因做 了详细分析和解释渊,认为高放大倍数的快速励磁系统会使系统产生负阻尼转矩,从而导致

系统的阻尼转矩不足,这正是产生低频振荡的原因。因此他们提出了在励磁系统中引入一个
附加信号来产生正阻尼转矩,并提出了具体的结构。也就是现在使用的PSS的原型。随着非 线性理论及智能控制理论的发展,励磁系统附加稳定控制的方法也得到了很大的发展,但是 应用最普遍、最成功的仍是PSS。早在20世纪70年代.PSS的应用就已取得了丰富的经验。

特别是在单机一无穷大系统中。PSS已经有了一套成熟、完善的调试应用技术。目前,PSS
已在世界各地被广泛采用。我国子1980年在八盘峡电厂投入了第一台PSS,至今已有几十台 机组配置了PSS或类似的装置。这些PSS对提高电力系统的动态稳定起到了很好的作用。随 着PSS的研究和应用在我国全面展开,有关技术标准中已经明确规定:大型发电机组励磁 系统应配置PSS或具有PSS功能的其他附加控制,以提高机组和系统的阻尼。 在犬鼍传统电力系统稳定器应闱的情况下,如何对现有的PSS装置设定合理的参数, 使其充分发挥阻尼控制的作用.就显得尤为重要。由于传统电力系统稳定器参数是针对某一 低频振荡模式进行阻尼i殳计的。其对于其它振荡模式的阻尼效果就无法保证。鉴于此,本文 提出了利闱遗传算法来优化其参数以达到更好的阻尼效果。本文从阻尼控制基本原理出发, 利用方便得到发电机相频特性曲线这样一个特点,设计优化目标.从而实现全频带更优的阻 尼控制。充分发挥己有的器件的功效。

3.2传统电力系统稳定器参数设计
传统电力系统稳定器(PSS)传递函数框图如图3.1所示讲。

%。

‰.一
图3.t电力系统稳定器模型 其基本原理是将发电机功率偏差△P或是角频率偏差A(o作为输入信号引入电力系统

稳定器,进行适当的超前滞后角口补偿后产生输出信号vpss(如图3.2所示),再将vpss 作为附加信号加入励磁调节器.通过励磁系统的滞后口产生一个附加的与△∞同相的发电
机电磁转矩AMp(如图3.2所示),即产生了附加的阻尼转矩,适当选择PSS的放大倍数, 便可以达到抑制发电机低频振荡的目的。

14

东南大学硕士学位论文

△P

图3.2电力系统稳定器阻尼控制原理说明图

电力系统稳定器的结构如图3.1所示,其一般包括取样环节、复位环节、超前滞后环节,
具体的设计步骤如下f2l】。 1.取样环节时间常数Ts

取样环节传递框图为赢,用来模拟采样中的时间滞后,其中滞后参数Ts的取值一
般在O.01--0.06之间。 2.复位环节时间常数Tw

复位环节的传递函数为云善每’要求对于j=弘时,此环节“全通”,即%r》1’
因此一般取,【Ⅵ=3一10s。 3.超前滞后环肯时间参数Tl—T4

超前滞后环节传递框图为暑芸薯、丽I+ST3。这里使用两级超前滞后环节t一股每级超
前滞后角度为O一45度。电力系统稳定器阻尼效果的关键就是超前滞后环节的设定,也就是 Tl、T2、13、T4参数的确定.而要确定这些参数关键是要获取励磁系统参考电压Vref输入

处至产生附加转矩刖吮的相位滞后角∥。根据上章中系统在小扰动下的数学模型,屯磁转

矩△膨。=K2△疋+KIA8,其中分量K△万与A8同相或反相,因此主要给机组提供同步 转矩;分量局A乞。可以分成在△田轴上和在△万轴上的两个分量,在△彩轴上的分量即为
阻尼转矩。由于△E。为暂态电势的变化量,其大小和方向与励磁绕组总磁链的变化成正比?
因此它与励磁系统密切相美。要获取相位差口。这里通过在励磁系统的参考电压vref输入

处输入以振荡频率的扰动信号?然后观察由此造成的△%’产生的相位滞后角,这个角就可
以作为相位滞后角口。 4t控制器增益Kj 电力系统稳定器增益一般取临界增益的1/3--1/5之间。临界增益的求取是在空载阶越 条件下,不断加大增益直到阶越电压输出振荡为止。

3.3基于遗传算法的电力系统稳定器参数优化

第三章基于遗传算法参致优化的电力系统稳定嚣阻尼控制

从以上传统电力系统稳定器设计原理可以看到,其设计的关键是超前滞后角的确定,而 其确定是通过在所要阻尼的主振荡频率点求得励磁系统的滞后角。所以系统的阻尼特性是针

对这个振荡频率点的。这种方法设计得到的阻尼控制器对其它频带振荡模式的阻尼效果没有
加以考虑。从另一个角度看,在得到了励磁系统的滞后角从而得到PSS超前滞后环节所要

补偿的角度后,再由此设置超前滞后环节÷二等、÷二—兰≥的参数Tl—T4。而要在所针对
I+612 l十O』4

的振荡频率点实现所设定的超前滞后角,是有很多种(实际是无穷多)的组合,但是这些不 同的参数组合对于其它振荡频率点的阻尼效果就各不相同了,这就有一个选择的问题。而传 统的PSS超前滞后环节参数设计是没有考虑到这个问题的。鉴于传统设计的这个缺陷,本

文提出通过遗传算法来优化电力系统稳定器参数实现宽频带更优的阻尼效果。由于本文的优 化对象具有参数个数固定、取值范围固定的特点。因此遗传算法也将适用于本文中的优化计
算.

3.3.1遗传算法原理141 遗传算法是一种基于群体选择的随机搜索算法。它借鉴了自然界生物进化中适者生存的
竞争机制。在求解优化问题时,遗传算法将优化问题当作一个生存环境,阔题的一个解当作

生存环境中的一个个体,以目标函数值或其变化形式来评价个体对环境的适应能力,模拟由 一定数量个体所组成的群体的进化过程,优胜劣汰.最终获得最好的个体,即问题的最优解。 遗传算法是强搜索方法和弱搜索方法的折中.它优于强搜索方法在于其不偏向于局部最优 点:优于弱搜索方法在于其利用遗传算子能启发式地自适应搜索到具有全局晟优点的较小区 域。遗传算法具有较强的鲁棒性,特别是对一些大型复杂非线性系统,表现出比其他传统优 化方法更加独特和优越的性能。其隐含并行性和全局搜索性保证算法能够在大区域中作快速
搜索,有较大把握寻找到全局晟优解。与传统优化算法相比。遗传算法具有以下主要特点: (1)遗传算法是对变量的编码迸行操作,而不是对变量本身。传统的优化算法往往直接利 用变量的实际值来进行优化讨锋.但遗传算法不是直接以变罱的值,而是以变鼍某种形式的

编码为运算对象。尤其对一些无数值概念或很难有数值概念,而只有代码概念的优化问题,
编码处理方式更显示了其独特的优越性。 (2)遗传算法直接以目标函数值作为搜索信息。传统的优化算法不仅需要利用目标函数值,

而且往往需要目标函数的导数值等其他一些辅助信息才能确定搜索方向。而遗传算法仅使用
由目标函数值变换来的适应度函数值,就可确定进一步的搜索方向和搜索范围,勿需目标函

数的导数值等其他一些辅助信息。这个特性使得对于很多目标函数无法或很难求其导数或者
导数不存在的函数的优化问题以及组合优化问题等,应用遗传算法就显得比较方便,因为它

避开了函数求导的障碍。再者,直接利用目标函数值或个体适应度,可以把搜索范围集中到 适应度较i自i的部分搜索空间中,从而提高了搜索效率。
(3)遗传算法同时使用多个搜索点的搜索信息。传统的优化算法往往是从解空间中的一个

初始点开始最优解的迭代搜索过程,单个搜索点提供的搜索信息毕竟不多,因此搜索效率不
高,有时甚至使搜索过程陷于局部最优解而停滞不前。两遗传算法从由很多个体组成的扔始

群体开始最优解的搜索过程,对群体进行选择、交叉、变异等运算,产生新一代群体,其中
包括了很多群体信息。可以避免搜索一些不必搜索的点,实际上相当于搜索了更多的点,这 就是遗传算法的隐含并行性。 (4)遗传算法使用概率搜索技术。很多传统的优化算法往往使用确定性的搜索方法,一个

搜索点到另一个搜索点的转移有确定的转移方法和转移关系,初始点的选择对最后搜索结果 起决定作用,很有可能搜索永远达不到最优点。而遗传算法属于一种自适应概率搜索技术,

16

东南大学硕士学位论文

其选择、交叉、变异等运算都是以一种概率的方式来进行的,增加了搜索过程的灵活性。尽
管这种概率特性也会使群体中产生一些适应度不高的个体.但随着进化过程的进行。新的群 体中总会产生出很多优良的个体,实践和理论都已经证明在一定条件下遗传算法总是收敛于

问题的最优解。同时,与其它一些算法相比,遗传算法的鲁棒性使参数对搜索结果的影响尽
可能地低。 遗传算法的基本操作有复制、交叉和变异。 1.复制

复制是从一个旧种群中选择生命力强的个体产生新的种群的过程。根据个体适应度值
决定个体的复制,也就是指具有高适应度值的个体更有可能在下一代中产生一个或多个子 孙。它模仿了自然现象,应用了达尔文的适者生存理论。 2.交叉 复制操作能从旧种群中选择出优秀的个体.但不能创造新的个体。而交叉模拟了生物 进化过程中的繁殖现象,通过两个个体的交换组合,来产生新的优良个体. 3.变异 变异运算用来模拟生物在自然的遗传环境中由于各种偶然因素引起的基因突变,它以很 小的概率随机地改变遗传基因的值。在以二进靠4编码表示的个体中,它随机地将某一个个体 的某一个基因由l变为0或者由0变为1.通过变异,在尽可能大的空间中获得质量较高的优化 解。 遗传算法的主要运算过程如下。 步骤一:初始化。设置晟大进化代数;随机生成一定数量个体作为初始群体。


步骤二:个体评价。计算群体中各个个体的适应虞。
步骤三:选择运算。将选择算子作用于群体。 步骤四:交叉运算。将交叉算子作用于群体。 步骤五:变异运算。将变异算子作用于群体。群体经过选择、交叉、变异运算之后得到下一 代群体。

步骤六:终止条件判断。若遗传代数小于等于设定代数,那么转到步骤二;若达到遗传代数,
则以进化过程中所得到的具有最大适应度的个体作为最优解输出,终止计算。 以上介绍了遗传算法的基本步骤。事实上。在其各步中都有不同的实现方法,且在有些 步骤中可以插入问题的专门知识来提高遗传算法的求解效率或改善解的质犀。如除采用传统 二进制编码外,也可采用考虑问题的特征而设计专门的编码方法;针对具体问题综合多方面

因素来设计适应度函数:采用一种好的选择方法保证算法有较大的寻优范围.从而以较大的 概率收敛到全局最优解:设计合理的交叉、变异方式等等。 3.3.2基于遗传算法的电力系统稳定器参数优化
从传统电力系统稳定器设计原理可以看到,其参数是基于主振荡频率点进行设计的,即 超前滞后角是在主振荡频率点计算得到的.因此电力系统稳定器的阻尼特性也是针对这个振 荡频率点的。这种方法设计得到的阻尼控制器自然对其它频带振荡模式的阻尼效果就无法保

证。因此本文提出了在低频振荡频带上都能够实现更好阻尼效果的参数优化想法。仍基于传
统电力系统稳定器设计原理,本文考虑利用遗传算法进行寻优操作,确定一组参数,令其在

低频振荡全频带都能够补偿励磁系统的滞后,即产生的附加阻尼在全频带都能够对系统起到
阻尼的作用。 基于以上想法,提出了基于遗传算法的电力系统稳定器参数优化。 首先根据电力系统稳定器设计的基本原理,得到电力系统稳定器输出至产生附加转矩之 间全频带上的相频特性曲线卢,而设计目标是使附加输入信号在经过PSS的滞后角口和卢

17

第三章摹于遗传算法参数优化的电力系统稳定嚣阻尼控制

后能产生和Aco同相的力矩也就是阻尼转矩。本文的附加输入信号取为AP,它超前Am 90
度。在附加输入信号确定后,要产生纯阻尼力矩,只要令Ot+卢=90度。电力系统稳定器 的参数中,隔直环节参数Tw取为5,测量环节参数Ts取为O.02。要优化的参数是超前滞后
环节Tl—T4,设它的取值范围为0.0l至5。

在电力系统稳定器的优化参数个数和取值范围都是固定的条件下,利用遗传算法来选择
最优参数是十分合适的∞l, 下面给出基于遗传算法的电力系统稳定器参数优化过程的示意图。

巳委囊翌]
广再爵术铥翮
腥函数值






『_——{蓟磊雨F——]

L!萎铺n:害墨:墼)-j



(妻薹蓑裂萋≥>—生——一

固囱
图3.3遗传算法协调控制器参数流程图 优化过程具体步骤如下。 t.编码,解码 Tl至T4的取值范围为Tmin=O.Ol,Tmax=5。对参数T1一T4进行编码,本文使用二进 制编码,每个参数按10位二进制数进行编码,即将参数驭值范围划分为1023等分,在划分点 上取值:而解码则是将二进制编码转化为相应的实际参数值。解码的计算表达式如下式

T叠(TI啡一Tmin)×y/1023+Tmin
其中y是二迸制码所对应的十进制数。 2.初始种群的产生

(3--1)

遗传算法是大范围内的随机搜索,初始种群采用随机数产生的形式,本文使用Matlab 中的Rand(4X 10。个体数)函数生成。 3.适应度函数设计 适应度函数是遗传算法最为核心的一步.就是确定所要达到的目标。利用适应度函数对 个体进行评估,在遗传操作时按一定的原则尽量将适应度高的个体保留下来。在Tl至T4

参数确定的条件下,PSS的相频特性口是可以计算出来的,它是弧度s的函数,表达式如下 a0)=atan(T1Xs)+atan(T3Xs)-atan(T2Xs)一atan(T4Xs)-atan(TsXs)-atan(TwXs)+90
(3—2)

18

东南大学硕士学位论文

设f(口t∥)=口(3)+∥(8)一90
设目标函数如下表达式

(3—3)

G=em,触
sl至s2为低频振荡主频带对应的弧度值。 转矩在低频振荡主频带上最为接近Am方向。 那么适应度函数就取目标函数的倒数即可,如下式

(3—4)

这里目标函数取的是经过补偿后在主振荡频带上的一个积分,也就是补偿后的相频曲线

和X=0轴在全频带上的一个面积。而目标则是使G尽量的小,表示经过孙偿后产生的附加

.,=%(3--5)
相应的对于适应度函数,应尽量将适应度高的个体保留下来。 4.遗传操作 遗传操作目标就是将适应度高的个体尽量保留下来,同时为了实现寻找更好的目标而进

行交叉和变异操作,最终实现全局的寻优目标。遗传操作主要是复制,交叉。变异。本文中,
复制使用轮盎赌法,交叉使用较为简单的单点交叉,变异使用单点变异,现介绍如下。 (1)选择操作

选择操作是遗传算法中体现“适者生存”的关键一环。最常用的选择方式是轮盘赌法,
它是通过个体的适应度值来决定个体被选择剑的概率,基本原理示意图如下图所示。

图3.4轮盘赌法示意图 图中FI--Fn代表个体,而每个个体所占的面积由其适应度值来决定,适应度高的面积 相应就商。然后以一绕着圆心的指针旋转,并随机停下.落在哪个区域中,那么那个个体就 被复制一次,这类似于轮盘赌,因此又称轮盘赌法。轮盘赌法优点是令适应度高的个体有更 大的机会被保留下来,充分体现了适者生存的原理。 (2)交叉操作 本文使用较为简单的单点交叉实现交叉操作。先以一定的概率选中个体,在被选中的 个体上随机产生一个交叉点,然后和其相邻的另一个个体以这个交叉点进行交换基因,从而 生成两个新的个体。交叉操作示意图如下所示。

19

第三章基于遗传算法参数优化的电力系统稳定嚣阻尼控制

个体1

个体2





交换基因

图3.5交叉操作示意图 (3)变异操作 本文变异操作也使用简单的单点变异。按照一定的概率,随机在某个个体的基因位进行 变异操作,即将原来基因l改为0或将0改为l。 5.控制参数

控制参数的选取对遗传算法参数寻优的准确性和效率影响较大,通常代数和种群规模越
大,结果越接近最优解,但是程序运行的时间较长。本文中取个体数为80,遗传代数为100, 交叉率取0.6,变异率取0.1。

3.3.3基于改进目标函数遗传算法的电力系统稳定器参数优化
目标函数的设定是遗传算法的核心,直接体现了所要达到的目标。

上一节中.使用经过补偿后的相频曲线和X=0轴形成的面积作为目标函数,这样会造 成整个频带上的无差别地位。而实际上,在某些频域(如主振荡频率点或者一些次振荡频率
点及其附近小频带)上,其地位和其它频率点应该是不同的,应尽量让这些频带上的相角补 偿达到更好的效果。因此本文又提出了遗传算法改进目标函数的PSS参数优化,也就是在 设计目标函数时对某些重要频带进行加权处理。现将目标函数改为如下形式
,32 ,,,

G=I矿(口,∥陟+l厂@,∥X矗
。,l 。J2

(3--6)

这里,sl+s2+s3为低频振荡全频带.al--s2为要加强的重要频带,k为加权值。实际上,这 里可以划分为更多的频带来进行不同的加权,这就要视系统的具体情况而定了。 这种改进目标函数遗传算法的电力系统稳定器参数优化本质是传统电力系统稳定器单 频率点设计和全频带无差别参数优化设计的结合。

3.4仿真结果与分析
在提出了利用遗传算法对电力系统稳定器进行参数优化的方法之后,以下将通过一个实
际系统来进行仿真验证。本节将分别对传统电力系统稳定器参数设计、基于遗传算法电力系

统稳定器参数优化以及改进目标函数遗传算法电力系统稳定器参数优化后的三种控制器阻
尼效果进行对比分析,以此来检验算法的有效性。本文选择电力科学院的电力系统分析综合 程序自带的EPRD6节点系统作为仿真系统,如下图3.6所示。

20

东南大学硕士学位论文

图3.6 EPRl36节点系统

对所考察的系统进彳亍小扰动稳定分析,与BUS8号发电机强相关的低频振荡模式如下袭
3.1所示。 表3.1系统低频振荡特征根 低频振荡特征根 衰减阻尼比
(%)

参与振荡模式的振荡发电机 (参与因子) BUSS(0.1I)BUS7(0.07)对BUSI(D.23) BUS8(0.13)BUS7(0.09)对BUS3(0.2 BUS8(0.31)对BUS7(0.22)
1)

--0.05414,88 --0.268+j6.15 一O.617十j7.85

l-12 4.35 7.84

从上表可以看到,BUS8号发电机参与的低频振荡模式主要有三个。分别是一 O.054+j4.88、--0.268+j6.15、--0.617+j7.85。其中阻尼比最低的为1.12%。从传统的设计原 理出发,最重要的就是要抑制这个低频振荡模式,从参与振荡的发电机可以看到,这个振荡 模式主要有BUS8,BUS7和BUSI三台发电机参与,并且BUS8的参与因子达到了O.1l, 可以说是这个振荡模式的主要参与发电机之一。 本文将在BUS8发电机处安装PSS进行低频振荡的抑制。并使用传统控制器设计方法 和本文提出的设计方法分别设计阻尼控制器并对其阻尼控制效果进行对比。

3.4.1传统PSS参数设计 从表3.1中的特征根阻尼比可以看到,最弱的振荡模式阻尼比为1.12%。按照传统的电 力系统稳定器设计方法设计参数,是针对这个最弱的低频振荡模式进行阻尼控制,按3.2节 的设计方法得到控制器参数如下表。
表3.2传统方法设计的PSS参数
T1 0.20 1"2 O_25 T3 0.20 T4 0.25 Ks 0.5

为了能够在同等条件下进行阻尼效果的对比,以下设计的控制器使用相同的增益K“

3.4.2基于遗传算法的PSS参数优化
利用遗传算法实现低频振荡全频带上的PS¥参数优化设计.首先得到电力系统稳定器

第三章基于遗传算法参数优化的电力系统椽定嚣阻尼控制

输出点至产生力矩的滞后相频特性曲线。低频振荡主频带为0.2Hz至2.5Hz,对应于弧度在 1.25至15.7弧度。为了便于计算。本文取为1至15弧度。利用PSASP小扰动分析功能中

的线性化频域响应计算功能计算,得到BUS8发电机的相频特性曲线如下图3.7所示。


相凝特性络皋掌出(蛔他Vs}
一柑膏‘嘲















叫 {
——\




—‘、
'22 15






3B

66飙¥M】9●
图3.7发电机相频特性曲线

得到相频特性曲线(数据)后,导出其数据至Matlab中。利用在Matlab中编制的遗传 算法优化程序计算Tl至T4参数的最优化组合.使得合成的曲线在整个低频振荡频带上的 都能有比较好的阻尼效果。得到优化过程中目标函数的变化如下图所示。

图3.8遗传算法优化过程目标函数变化曲线 遗传算法优化计算得到参数如下表所示。 表3.3经参数优化后的PSS参数
T1 T2 0.91 T3 0.18 T4 0.0l Ks O.5



o.16

东南大学硕士学位论文

3.4.3基于改进目标函数遗传算法的PSS参数优化
由于考虑了整个低频振荡频带上的阻尼效果,可能会削弱振荡频率点的阻尼效果,所以
本文对目标函数进行了改进。从系统低频振荡特征根可以看到,与BUS8发电机强相关的低 频振荡特征根的振荡频率点分别在4.88弧度、6.15弧度和7.s4弧度,针对这个特点,本文

将4弧度至8弧度之间的目标函数面积加权乘上4,这样寻优结果在加权的这一段频带内会
更接近于零轴。得到优化过程中目标函数的变化如下图所示.

图3.9改进目标函数遗传算法优化过程目标函数变化曲线 改进遗传算法优化参数结果如下表所示。 表3.4经改进目标函数优化后的PSS参数
T1 0.34 T2 0.98 T3 0.15 T4 0.04 Ks O.5

3.4.4三种设计结果阻尼效果对比
在利用三种方法设计得到控制器参数之后,本节将通过小扰动特征根分析,得到对应的 低频振荡特征跟变化,以此对比阻尼控制效果,如表3.4所示。 表3.4不同PSS控制参数下特征根对比 序号 未加PSS (阻尼比%)
l 2 3

传统PSS (阻尼比%) --0,368+j5.07(7.3) --0.522+j6.79(8.6) --0.671+j7.20(9.3)

遗传算法优化PSS (阻尼比%)
--0.295+j4.87(6.0)

改进遗传算法优化 PSS(阻尼比%) --0.358+j4.85(7.3) --0.793+j5.83(13.4、 --0.962+j7.2703,3)

--0.054+j4.880.1) --0.268+j6.15(4.4) --0.617+j7.85(7.8)

--0.642+j6.02(10.7) --0.985+j7.48(13.1)

使用以上三种优化参数PSS后形成的相频特性曲线如图3.10,目标是令补偿后相角能 够尽量靠近X=0轴,即达到了完全补偿。

第三章基于遗传算法参数优化的电力系统稳定嚣阻尼控制

倒 V
援 罂

图3.10相频特性曲线对比 表3.4列出的特征根变化情况可以看到。以上三种方法设计的PSS都能够比较有效的 对系统低频振荡进行阻尼,但阻尼效果并不相同。传统的PSS设计方法由于是针对本机最

为薄弱的低频振荡模式进行阻尼设计的,因此对于此振荡模式的阻尼效果很好.阻尼比达到
了6.8%,但是对于另两个振荡模式的阻尼效果就无法保证,有一定的随机性,从表中特征 根可以看到,特征根(2)有比较大的提高,但是对特征根(3)基本没有阻尼效果,这也是 传统PSS设计原则无法避免的缺陷。而利用遗传算法在全频带上寻优结果得到的PSS阻尼

效果可以看到.在整个频带上的阻尼效果普遍有所提高,但是对于最薄弱的阻尼特征根的阻
尼效果却反而减弱了,这是考虑了全频带上阻尼效果的必然结果。因此本文提出了第三种改 进优化策略,即对一些重要频带上目标函数进行加权处理,令相角能够在这些重要频带上达 到更好的补偿。从阻尼效果来看,加权处理后得到的三个低频振荡点的阻尼都达到了更大的 阻尼比。 从相频特性曲线中也可以看到。传统PSS相频特性曲线在主振荡频率点达到了很好的 相角补偿效果,基本补偿到了0度角,但是在其它频带上的补偿效果就无法保证,可以看到 在7弧度至15弧度上偏离0度角较大。而利用全频带上优化后的相频特性曲线从图3.10中 可以看到,在整个频带上,相频特性曲线都十分接近0度角,这和目标函数的选择是直接相 关的。但是目标函数在低频振荡全频带上无差别的地位,造成了在主振荡频率点上相角补偿 效果减弱,因此第三种优化就在振荡频率带上的目标函数进行加权处理,可以看到在加权的 频带上,曲线更接近X=O轴。也就是在选择的频带上阻尼效果加强了,同时在其它频带上 的阻尼效果也得到了一定的保证,达到了预想的目标。

3.5本章小结
对传统FSS阻尼控制器设计原理的介绍可以看到,其只针对某—特定的振荡模式具有

很好的阻尼控制效果,在其它振荡频率点的阻尼效果就无法保证。而本文提出的利用遗传算
法实现低频振荡全频带上的优化目标,可以实现宽频带上较优的阻尼效果。但是在平等地兼

顾了全频带的阻尼效果的同时,也造成了最重要频率点阻尼效果的减弱,因此本文通过对目

东南大学硕士学位论文

标函数在重要振荡频率带上的加权处理,来实现同时兼顾某些重要频率点和全频带上的阻尼

效果的目标,达到了更好的阻尼控制效果。从仿真验证的结果可以得到,传统电力系统稳定
器参数设计方法得到的主振荡模式(也是设计所针对的振荡模式)的阻尼比是最大的,但是

在其它次振荡模式上没有达到很好的阻尼效果:而通过遗传算法进行参数优化后,主振荡模
式的阻尼比有一定的降低,而另外两个次振荡模式阻尼比则有一定的加强;最后由改进目标 函数优化后的阻尼效果可以看到。主振荡和次振荡模式的阻尼比都得到了很好的提高,达到 了更优的阻尼效果。也达到了预想的目标,因此本文提出的优化算法是可行的。由于本文是 基于传统的PSS参数进行的优化,对于实际系统无需增加任何新的投入,因此对现场的参 数优化提供了一定的参考价值。

第四章抑制区域问低频振荡的F^Crs阻尼控制

第四章抑制区域间低频振荡的FACTS
阻尼控制
4.1引言
电力系统低频振荡分为区域内低频振荡和区域问低频振荡,随着电力系统规模的不断扩 大,区域间低频振荡正成为限制电网传输能力的瓶颈,同时也是电网安全稳定运行的一个潜 在危险。在上一章节中,使用电力系统稳定器对系统区域内低频振荡进行阻尼控制。得到了 比较好的阻尼控制效果,但是pss对于区域问低频振荡的阻尼效果却并不尽如人意。主要 原因在于(I)不能直接利用相对功角和角速度构成闭环控制,虽然采用相对功角和和角频 率来实现阻尼控制是最直接有效的,但长期以来缺少必要的测量方法,只能采用其它间接变 量来代替,导致控制效果不佳。(2)控制信号陷于本地局部信息。采用本地测量构成反馈控 制。不能很好地反映区间振荡模式。导致控制系统虽然能阻尼区域内低频振荡,但难以有效 的抑制区间振荡模式。(3)缺乏动态协调能力。分散、局部设计的PSS可能由于缺少彼此 协调而使低频振荡现象加剧。从另一个角度看,因为区域间低频振荡模式与两振荡区域内的 大多数发电机相关,单台发电机对于这个振荡模式的参与因子必然会比较小。冈此也导致了 可控性就比较小,通过对少数发电机组安装pss来抑制这种低频振荡也就很难有好的效果。 目前已经有通过PMU协调各发电机的PSS来实现对系统区域间振荡的阻尼控制的方法研究 川,但十分复杂,而且需要全局的系统信息。而FACTS装置具有安装地点的灵活性(不像 PSS只能安装f发电机内),它可以有针对地安装于可能发生低频振荡的区域联络线上来抑 制振荡f“∞l。同时随着电力电子技术的发展和大功率电力电子器件的产生,FACTS在电力系 统中的应用逐渐普及,为FACTS实现阻尼控制创造了条件刨。本章将首先通过数学模型来 推导FACTS实现阻尼控制的基本原理。在阻尼控制器没计中,本章利用相角补偿原理,设 计控制器持续减小区域间的振荡能置。以此来实现区域间阻尼控制。本章将以SVC为例详 细说明附加阻尼控制器的设计。同时对其常用的几种附加控制信号的阻尼效果进行了对比, 从而选择最为合适的附加控制信号。通过PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻尼控 制作用的SVC能够有效地抑制区域间低频振荡。本章对其它几种常用的FACTS器件也进行 了阻尼控制器的设计,并同样通过了PSASP下的仿真验证。以上证明了利用FACTS实现区 域间低频振荡阻尼控制的可行性和有效性。最终通过PSS和FACTS结合使用,分别有针对 的对区域内和区域间低频振荡进行抑制,从而实现整个系统低频振荡阻尼控制的目标。

4.2FACTS介绍
4.2.1

FACTS简介

近年来,随着电力电子技术和现代控制理论的发展,大功率电力电子器件不断产生,这
些都使得电力工业发展所需的新型控制元件的产生成为可能。这也就是本文中所要提到的

FACTS(FlexibleACTransmissionSystem)器件001。FACTS的理论是由美国电力科学研究院的
著名电力专家N.G HinBorani博士于1986年创建,早期的明确定义是:”FACTS就是基于晶闸 管组建的控制器,其中包括移相器、电气制动、串联电容调节器、带负荷抽头调节器、故障 电流限制器以及其他一些没有发明的控制器”。如今看来,这个定义当然不是那么精确。因 此,N.G

HinBorani博士在t9蛑GP.E会议上严肃表明:“为了避免混淆,作为FAcTS概念

东南大学硕士学位论文

的创始者,我给他的定义为:除了直流输电以外的所有将电力电子技术用于输电的实际使用 技术。”而现在所说的柔性交流输电(FACTS),也就是装有电力电子器件或其他静止型控制 器来增加可控性和增大电力传输能力的交流输电系统.FACTS控制器是可以提供一个或多个

控制交流输电参数的电力电子型系统和其他静止型设备。柔性交流输电系统(FACTS)韵出现
为现代电力系统的安全、经济、可靠和优质运行提供了十分有效的手段Ⅲl。与电力系统传统 的阻抗控制元件、功角控制元件以及电压控制元件相比,具有快速调整有功,无功功率的能

力。FACT曙件对系统暂态过程及事故后系统的恢复具有快速、灵活的调节能力.为电力系
统的稳定提供了强有力的控制手段。近年来,各国都在大力开展其基础理论,应用技术和装
置开发等方面的研究,并成功研制了一些用于电力系统潮流控制和提高稳定性的FAcTs装

置。就我国电力系统的现状而言,用FACTS来提高电力系统的稳定性将更具现实意义。 4.2.2几种常见的FACTS介绍田
随着FACTS技术的不断发展,出现了越来越多的FACTS控制器.最为主要的几种FACTS

器件有静止无功补偿器(SVC)、晶闸管控制的串联补偿器(TCSC)、静止同步串联补偿
(SSSC),新型静止无功发生器(ASVG或STATCOM)、晶闸管铝4动电阻(TCBR)、晶闸管控制 的移相器(TCPS)、统一潮流控制器(UPFC)等。这里简单介绍一F最为常见的几种FACTS控 制器件。 1.静止无功补偿嚣(SVC、 SVC(StaticVarCompensator)又称为静止无功补偿器。SVC由晶闸管开关快速控制的 并联电容器组和电抗器组成,其简化结构如图4.1所示。其主要功能是保证无功功率的快速 调解。在具有故障时对电压起剑支持作用,维护电压水平、消除电压闪变、平息系统振荡等。

—丁 T
图4.1 SvC模型

2.静止同步补偿器(STATCOM) STArCOM(Static
Synchronous

Compensator)又称为静止无功发生器(SVG.StaticVAR

Generator)或新型静止无功发生器(ASVG)。它主要采用可关断晶闸管等大功率半导体器件构 成自换向变流电路的无功补偿设备。它通过支流电容器、连接电抗(或降压变压器)与线路相 并联,向线路提供或吸收无功功率,稳定并联点电压。与SVC相比,其调节无功能力更强, 调节速度更快,运行范围更宽,补偿电流谐波含量更少。其简化模型如下图所示。

第四章抑制区域闸低频振荡的FACTS阻尼控制

图4.2 STATcOM模型 3.晶闸管控制的串联电抗器(TCSCl
TCSC(Thydstor Controlled Series Capacitor)又称作可控串联补偿器,是串联型FACTS控

制器的第一代FACTS装置。与常规机械师控制的串联电容补偿相比。Tcsc利用晶闸管控制 串联在输电线中的电容器组,可以大范围调节线路阻抗,可以快速进行连续平滑调节,能提 高输送能力并可平息地区性振荡,提高暂态稳定性。其简化模型如下图所示。
BL

}i、‘广L—
L_L冉J

图4.3TCSC模型 4.静止同步串联幸卜偿器(SSSC)
SSSC(Static Synchronous Sedes Compensator)Y.称静止同步串联补偿器,其基本结构和

静止调相器(STATCOM)类似。不同之处在于它输出变压器串接入输电线。目前,世界上还 没有独立的SSSC装置产生并投入电力系统运行。其简化模型如下图所示。

图4.4 SSSC模型 5.统一潮流控制器(UPFC)

东南大学硕士学位论文

UPFC(United Power Flow

Controller).将--个由晶闸管换流器产生的交流电压传入并叠

加在输电线相电压上,使其幅值和相角都可以持续变化,从而实现线路有功和无功功率的 准确调节,并可提高输送能力和阻尼振荡。它用一种统一的晶闸管控制装置,仅仅通过控
匍规律的变化,就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿,移相等几种不同的作用。其简 化模型如下图所示。


图4.5 UPFC模型

4.2.3国内外FAcTS的应用情况介绍
目前,FACTS在世界各国,尤其是工业发达国家有了较广泛的应用。FACTS家族已获 得-[业应用的最重要的二种设备是STATCOMflISVC。两者都是并联在电网中,起无功支撑 作用,但从性能上说,sTATcOM要优于SVC。日本关西电力公司与三菱电机公司共同研制 并于1980年1月投运了世界上酋台STATCOM样机f卅,采用了晶闸管强制换相的电压型逆变

器,容量为20Mvar。1986年lO月,由美国EPRI和西屋公司研制的±lMvadⅨrcOM[271投入
运行,这是世界上首台采用大功率G1’o作为逆变器元件的静止补偿器。日本关西电力公司与

三菱电机公而又采用GTO研制了±80MvarSTATCOM,并于1991年在犬山变电站投运,在
154kV系统中运行。维持了154kv系统长距离送电线蹈中间点电压的恒定,实现了提高系统 稳定的目的。美国EPRj与田纳丽电力局、西屋电气公司合作,在TVA电力系统的Sullivan

500kV变电站建造了±100Mvar的STATCOM,并于1996年lO月投运至今,运行情况良好。1993
年3月.东京电力分别与东芝公司和日立公司开发的2台50Mvar的STATCOM在东京所属新信 浓变电所投入使用泌I.美国电力和西屋公司以及美国EPKI合作,研制目前世界上唯一的 uPFC.并准备在Kentucky东部的lnez'变电站装设,这也是到目前为止容鼍最大的FACTS设 备。它是由共享直流侧电压的并联和串联两个基于大功率GTO的电压型逆变器组成,容量各 为±160Mvar,整个UPFC的窬量为4-320Mvat。该装置中的串联部分,称为同步静止串联补 偿嚣(ssso,也是目前世界上在电力输电线路上安装的第1台同类型装置。该装置并联部分 STATCOM已于1997年7月完成。串联部分SSSC于1998年6月投入运行。STATCOM和SssC一 般作为一个整体,也就是UPFC。 FACTS在中国的发展州,从总体上说,要滞后于发达国家。我国通过引进的SVC装置在

20世纪80年代就有运行。目前我国在500kV系统中运行的进SVC有6台,在钢铁企业中也
有较多的应用。STATCOM应用方面。由河南省电力局和清华大学共同研制了±20Mvar的 S1ArcOM。其于1999年3月在河南洛阳的朝阳变电站并网成功。并于2000年6月27日在洛阳 成功地进行了鉴定。该装置的投运使我国成为国际上第4个拥有大容量STATCOM的国家,

是国内继铁道科学研究院与株州电气机车研究所联合研制成功的电气机车用2MW逆变器后
国内自主研制成功的最大容量的逆变器(SMvar),作为国内首台投入应用的大容量FACTS设 备,也将成为中国FAcTS研究应用领域的一个重要里程碑。在可控串补装置方面,19969上

第四牵抑制区域问低须振荡的FACTS阻尼控制

海交通大学和东南大学与东北电力局合作,联合研究可控串联电容补偿装置(TCSC),该项 目已经在2000年7月通过验收及鉴定,这为我国TCSC的研究和实际运行奠定了基础。至今实 际投运的TCSC是在500kV天生桥至广西平果的双回输电线路上,引进西门子公司昀可控串 补装置Crcsc)。其已在2003年7月试投运,目前正在调试之中,它是目前我国仅有的TCSC 装置。

从以上各国FACTS的应用情况可以看出。我国在FACTS研究方面虽然起步比较晚,但
是。通过不断的努力,在某些方面已经逐渐赶上了国骣领先水平。另一方匾。EAcTs在电力

系统中的应用还是比较有限的。还远未达到普及的程度,特别是性能更好、技术要求更高的
高端FACTS器件。如STATCOM、SSSC、UPFC等。随着电力电子技术的不断发展,FACTS

在提高输电系统的可靠性、可控性和提高运行效率方面将发挥更大的作用,最终通过其不断 的普及应用,必将给电力系统带来革命性的变革。
4.3

FACTS实现阻尼控制的原理
上一节对FACTS的允绍可以看到,SVC和STATCOM是电压型控制器件,其是列电压

进行控制的:而TCSC和SSSC则是潮流控制器件,其中,TCSC是通过对线路阻抗的改变
来控制潮流,而SSSC则是通过对线路叠加电压的控制从而等效地改变线路阻抗来控制线路 潮流的。从以上分析可见,FAcTS器件可以简单地分为具有电压控制功能和线路阻抗控制

功能。以下将基于这种简化原理,对FAcTS实现阻尼控制的基本原理进行推导.这样也可

以大大简化推导的过程,同时也可以对队CTs实现阻尼控制的原理有一个较为直观的认识。
为了简单起见,本文选用单机无穷大系统来进行数学推导,系统图及其参数如图4.6所
刁畸o

T一~
圈4.6单机无穷大系统 上图所示的单机无穷大系统中已经安装有电压控制功能和阻抗控制功能的FACTS器 件,电压型FACTS器件将中点电压调节到Vm。阻抗型FACTS器件则对安装线路的阻抗值

控制到必?其中各节点电压表达式如下
K=lKisin(研+艿)(4--1)

吃:l_Isin(cot+§
这里为简单起见,设lKl=lr,I--矿。
系统在僵机械功率输入下的线性化摇摆方程如下

(4—2)

呸=l Vzlsincat(4--3)

东南大学硕士学位论文

Ⅳ笙篁:.妣
输电线路输送的电功率

(4—4)

A:墼如至(4--5)

将上式线性化可得电功率的增量方程

批=笋肌篑△圪+警腊+等△艿 Md矿2A5+筹△圪+警蚪+石a Pe伽。

c?_s,

进一步假设送端电压保持恒定。即AV=0,把式(4--6)中的APe代入(4--4)得
.(4--7)

式(4--7)描述了系统的小信号动态行为,其中如SVC或STATCOM这样的电压控制型

FAcTs器件的作用由石0FPe△圪表示;而如Tcsc、sssc这样的潮流控制功能的Ms的
作用由0秘PeA)(表示。
如果电压控制器件严格按照保持中点电压Vm恒定的控制方式运行,同时潮流控制器

件严格按照阻抗恒定的控制方式运行,那么△屹=0,AX=0,这样(4--7)式就化为

吖磐+丝△J:o(4--8)
上式对应的特征根方程为

s2+万1百aPel。=o(4--9)
方程式的根落在虚轴上,导致转子角占以频率峨作不衰减振荡。
很明显,按恒定电压控制和恒定阻抗控制方式运行时不能提供任何系统阻尼。然而. 如果允许对中点电压和线路阻抗进行调制,那么便可以对系统阻尼做出贡献。例如,中点电

压或者线路阻抗按d(△万)J出的某种函数调制,即取△%=墨_dA矿6或者从=如鱼笋,
墨、K2为常数。
那么相应的(4--7)式方程变为

Md矿2At’+(墨赛I。+局蓑l。)警+等i。酣=。(4--10)
对应的特征根方程为
31

第四章抑制区域问低频振荡的FACTS阻尼控制

j2+2乒+畋2=0

(4一11)

其中鸳=击(墨蓑+《秽aPe
引入附加控制器对电压或线路阻抗进行适当调制后,FACTS器件将系统转化为一个具 有正阻尼的系统。从式(4一11)可以看到.新特征根根落在了S平面的左半部分,转子角 的任何振荡都会随时间而衰减。这种控制特性被称为附加阻尼控制。FACTS的附加阻尼控

制可以在不增加其容量的前提下,大大提高其灵活性和运行性能。以上推导了FACTS实现 阻尼控制的基本原理,虽然是在单机无穷大系统中推导得出的,并且做了部分简化假设,但
是同样适用于实际多机系统。 4.4

FACTS附加阻尼控制器设计
FACTS附加阻尼控制器的设计原理

4.4.1

上一节利用数学推导证明了FACTS实现阻尼控制的可行性,但无法利用上面的原理实
现控制器的具体淀计。本文提出了利用相角补偿原理来降低区域间振荡能量从而实现阻尼控 制。最终实现附加阻尼控制器的设计。 系统区域问的低频振荡体现在连接两振荡区域联络线的功率的振荡上,这里先给出区域 间振荡能量的概念㈦。 圈4.7所示的两区域系统中,区域A与B通过远距离传输线互联。

图4.7两区域电力系统 当系统间发生区域间的低频振荡,鄢么联络线上相应的就会产生功率努荡。假设uAB 和6 AB分别为区域A和B两惯性中心(C01)之间的角转速差和角度差,那么在振荡情 况下它们之间的楣位关系如下图所示。

众,栅承


j∥以j|

图4.8零阻尼条件下区域间功角和转速摇摆曲线

上图所示两区域之闻的机电暂态过程可由式(4一12)、(4一13)所示的非线性微分方程描

东南大学硕士学位论文

西柚2玄‘只。一只’一玄‘‰+昂)(4--12)
o曲2∞曲(4--13) PA0为区域A内所有发电机发出的有功功率减去负荷和网损后的有功功率:PBO为 区域B内所有发电机发出的有功功率减去负荷和网络(包括联络线)损耗后的有功功率;

MA、^毛分别为两振荡区域的等效惯量。
考虑零阻尼情况,假定系统初始稳定平衡点为6 以d 8”并在一个振荡周期上作定积分,可得
AB=8

Am,∞¨=0,式(4--12)两边乘

詈以。+e—f击(只。一只)-古(岛。+匕)】d殇=c(4--14)
对于零阻尼系统,易得到式(4一14)的积分常数为

c。圭缈2∞蛐2主矿∞一
将(4-14)式中左边的两项分别定义为


(4_15)

1, yn=:缈‘"

(4--16)

‰=e一【击(只。一只)一击(只。+马)】d如
络线振荡中可保持能量守恒。 小这个能量。 附加控制器设计的具体步骤如下:

“叫7’

vn和v%分别具有动能和势能的形式,式(4一14)表明v“和vPE在零阻尼系统的联 基于零阻尼下区域能量守恒的概念,设计的控制器只要能够持续减小这个能量,区域振 荡就能够逐渐平息,亦即等效的增加了区域闻振荡的阻尼,本文利用相角补偿原理来持续减

(1)对所研究的系统进行小扰动分析.找出需要抑制的系统区域问低频振荡模式和振荡频 率: (2)在此振荡频率下,得到FACTS调制值输入点至系统联络线上功率的滞后角度口: (3)在附加控制器的超前滞后环节中设定相应的角度∥,使得两角相加为180度。这样通 过FACTS附加控制产生的附加功率能够对联络线上的功率振荡能量进行持续的补偿消减, 最终抑制区域间的低频振荡: (4)附加阻尼控制器的增益本文是通过尝试法来得到,通过取不同的值后对系统小干扰稳 定下的特征根变化分析来决定增益的大概合理的取值,
4.4.2

FACTS的数学建模

根据各个FACTS器件的原理及其构造建立数学模型,以下建立几种最为常见的FACTS 模型的传递框图㈤。 1.SVC数学模型

SVC是通过检测安装点电压和参考电压进行比较从而控制晶闸管的导通角,调节并联
电感的接入程度,最终来控制安装点的电压。同时阻尼的控制是通过对参考电压的调制来实 现的。这里阻尼控制选择的附加阻尼控制信号为功率偏差信号。附加阻尼控制器由隔直环节, 超前滞后环节以及放大环节组成.基于以上原理,建立的数学模型如图4.9所示。

第四章抑制区域同低频振荡的F^frS阻尼控制

图4.9SVC数学模型框图 2.TCSC数学模型嘲

TCSC有很多种控制功能,如定阻抗控制、定电流控制、定相角控制、定功率控制等等。
这些功能的实现都是通过控制晶闸管的导通角,从而调节串联电感的接入程度,最终控制接 入系统的阻抗值来实现以上控制功能的。实际上其中一些控制功能本身就具有提供阻尼的作 用,但本文为了便于理解和突出附加阻尼控制的原理,先建立定阻抗控制原理的模型,然后 通过和SVC相同的作用原理对这个阻抗值进行调制实现阻尼控制。这里阻尼控制选择的附 加阻尼控制信号为功率偏差信号。基予以上原理,建立的数学模型如图4.10所示。


图4.10 TCSC数学模型框图 3.S1wrcOM数学模型[32’ STATCOM是一种可控的无功功率电源,它通过改变电压濒变流器(VSC)的电压波形 和电流波形,以发出和吸收所需的无功功率从而控制安装点的电压。它和SVC有着相似的 作用,但是比SVC有更大的优势,主要体现在其对电压支持的作用有效性方面,SVC在控 制点电压降低时其自身的控制作用会降低,而STATCOM由于是有源控制器件。它几乎不 依赖系统电压而可以充分发挥其电压控制功能,这对电压崩溃情况特别有用。它的附加阻尼 控制原理和SVC是相同的,仍旧对参考电压进行调制,也使用相同的附加控制环节。建立 的数学模型如图4.1l所示。

东南大学硕士学位论文

4.SSSC数学模型 SSSC和STATCOM有相同的结构。只是串联接入系统中,通过.叠加一个和线电流呈一 定相角的电压来改变输电线路的有效阻抗。它具有和输电系统交换无功功率的能力.相对 TCSC,它具有更大的潜力。建立的数学模型如图4.12所示。

图4.12 SSSC数学模型框图 5.UPFc数学模型 UPFC可以看成是STATOM和SSSC的结合,因此在建立数学模型时。也可以将STATOM 和SSSC的数学模型结合即可,建立的数学模型如图4.13所示。

vt

图4.13 UPFC数学模型框图 FACTS的数学模型建立为下一步附加阻尼控制器的设计及仿真验证奠定了基础。
4.4.3

SVC附加阻尼控制器设计

SVC是FACTS中应用最为普遍也是技术最为成熟的一种器件,它作为电压控制器件, 在进行纯电压控制时是没有阻尼控制作用的,在通过附加控制对参考电压进行调制后就可以 产生阻尼控制作用,在上一节的数学推导中证明了这一点。因此SVC可以在不增加自身容

第四章抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制

量和投入的情况下增加了阻尼控制功能,提高了系统的动态稳定性,充分发挥器件自身的潜 力。本章以svC为例具体说明阻尼控制器设计步骤及方法。

本文选择较为常用的四机两区域系统作为仿真验证系统f】1.如下图4.14所示。此系统能 够比较合理的模拟通过联络线互联的两个大区域系统,这也是容易产生区域间低频振荡的系
统,因此具有一定的代表性。

图4.14四机两区域系统 SVC及其附加控制器的传递函数如下图

图4.15 SVC数学模型框图 其中部分初始参数设为Ks=10,Tit=0.02,Tw=5,Bsvcmax=3,Bsvcmim--'一--3,
Bsvc_0=0?

由于在PSASP自定义建模中并不提供对电抗的直接控制,而提供对母线注入电流实部 仃;和虚部刀:输出的控制.因此为了实现PSASP下的建模,将SVC数学模型改为以控制
注入母线电流为输出的数学模型。现假设安装点母线电压为UZANGB,那么当SVC输出 电抗值为B的情况下,注入相应的无功电流为

兰2归。u。嘁小黧’基血∽Ⅳ:翌1(4- 18)-1XBU


sin(ANGB) +fBx Ucos(A NGB、

因此对应的注入电流实部和虚部分别为

rrR=-1xBUsin(ANGB)

(4—19)

仃:=B×Ucos(AⅣG历(4--20)
其在PSASP自定义建模下建立的模型框图如下图。

东南大学硕士学位论文

图4.16 PSASP自定义建模下S'VC模型框瞽 以下进行SVC附加阻尼控制嚣的设计。

1.对考察系统进行小扰动稳定分析,得到其特征根如表4.I所示。
表4.1系统低频振荡特征根

低频振荡特征根
(1)

频率(ttz)
1.29 1.29 0.64

衰减阻尼比
(%)
4.54 4.50 2.1l

机电回路 相关比
17.57 17.45 7.49

--0.369260+j8.136167 --0.366123+is.113387 --0.084771+j4.043585

(2)
(3)

通过分析特征根的相关因子.可以看到(1)、(2)两个特征根分别是发电机l、2和3、
4区域内低频振荡;而(3)特征根则是发电机l、2和3、4之间的区域问低频振荡模式。

(3)特征根就是需要利用SVC的附加阻尼控制器进行抑制的区域间低频振荡模式。
2.计算超前滞后角

将SVC装在联络线BUS8上,在附加控制信号输入处输3.--个区域振荡频率的正弦量, 然后观察由此引起的线路功率的振荡,通过对比即可得到滞后角。如下图所示。

37

第四章抑制区域间低颁振荡的FACTS阻尼控制

图4.17滞后角的对比

上图中虚线为输入附加控制信号的正弦量,实线则是联络线上由此引起的功率振荡曲
线,可以看出从附加信号输入处与联络线的功率滞后角口约为100度。 3.计算附加控制器的超前滞后角 根据附加控制器的超前滞后角∥=180一口=80。 计算得到TI=0.05,T2:0.3。(这里使用两级滞后,每级则滞后50度) 4.附加阻尼控制增益的选取 确定了超前滞后环节的参数之后,接下去就要确定附加控制环节的增益。本文使用尝 试法来确定其取值,通过选择不同增益,对系统进行小扰动分析,通过比较所需抑制的振荡 模式的阻尼比,来确定较为合适的增益。这种方法虽然并不能找到晟佳的增益,但是方便可 行。也利于实现。对应不同增益下特征根的变化如表4.2所示。 表4.2不同附加阻尼控制器增益下低频振荡特征根阻尼比 增益Kw



低频振荡特征根
--0.261 176+j4.090582

衰减阻尼比(%)
6.3 11.1 lO.8 lO.5

--0.436486+j3.977394 --0.4】0394+j3.790274 --0.392109+j3.698305

6 8

从表4.2特征根阻尼比的变化可见。取增益Kw=4是一个较为合理的数值,此时阻尼 比可以达到11.1%,是一个比较大的数值, 完成了SVC附加阻尼控制器的设计后,在系统中仿真验证其阻尼效果。仿真设置是在 BUS7处o.1秒的瞬时短路故障。这里分别对无SVC、安装无附加阻尼控制的SVC和安装 带附加阻尼控制的SVC三种情况进行电压和功率的对比分析,这样可以对SVC电压控制的 作用、SVC附加阻尼控制的作用有比较全面的了解。得到的电压及功率仿真曲线分别如图 4.18和图4.19所示。

东南大学颈士学位论文

母线电压(P.日.)

l——至翌…一l I………西c两骑加疆莉;

耄 窃湫 A.A黛 蠢啦氏奈抵 加 謦
; ; ;
: :





r’1铲 一1叮~ ’I矿~、

-●

●●

●●











1Q

12

1l

’6





时间渺}
图4.18不同控制作用下的电压对比

从图4.18的三条电压曲线对比可以看出,无SVC的情况下系统电压的波动比较大:在
加装无附加控制的SVC后,系统电压波动有所减弱,特别在故障瞬间,电压有一个比较明 显的上升过程:加装带有附加阻尼控制的SVC后,从电压的波动曲线可以看到,在故障消 失的初期,电压的波动比较大,其至比未装SVC情况下的电压波动更大,这主要是由于在 加入了附加阻尼控制后,会对系统的参考电压进行调制,为了实现阻尼控制,原来恒定的电 压控制功能就会有一定的损失,这就要求在两者之间有一定的取舍.以达到系统最优的控制。

^ V
3 正

鲁 雷

图4.19有无安装SVC功率振荡对比

图4.19的三条功率振荡曲线的对比则可以看到,在故障情况下。无任何控制情况下功 率振荡比较大,并且平息时间也比较长;在安装无附加控制的SVC时,线路的功率振荡基

第四章抑制区域同低频振荡的FACTS阻尼控制

本没有变化,也就是无附加阻尼控制的SVC基本不产生阻尼控制作用.这和数学推导也是
相符的:在SVC加装附加控制之后。联络线的功率振荡得到了明显的抑制。而且仅在3至 4个周波后就基本达到了稳定。

以上从时域故障仿真的角度验证了带有附加阻尼控制的Svc对抑制系统区域问低频振 荡的有效性,而且达到了很好的阻尼效果。下面将通过对系统进行小扰动分析,量化的考察
带有附加阻尼控制的SVC对抑制低频振荡的效果。 利用PSASP的小扰动分析功能,对系统在不同控制情况下进行小扰动稳定分析,得到 区域问低频振荡特征根的变化如表4.3所示。 表4.3不同控制条件下低频振荡特征根变化 控制说明 无SVC 加SVC(无附加控制) 加SVC(有附加控制)

低频振荡特征根
--0.084771*j4.043585 一O.081322+j4.131634 一O.436486+j3.977394

衰减阻尼比
2.11%

1.97%
10.96%

从表4.3特征根的变化情况可以看到,无附加阻尼控制的SVC对系统区域问低频振荡 的特征根基本没有影响:加装附加阻尼控制之后,系统区域闻低频振荡的特征根的阻尼比有

了明显的提高.从原来的2.O%左右提高到了lO.96%,达到了一个很好的阻尼比。小扰动特
征根的分析和时域故障仿真也是相符的。可见加装有附加阻尼控制器的SVC确实能有效的 增加系统区域间阻尼,抑制区域间低频振荡。
4.3.4

SVC阻尼控制附加信号选取的探讨

在上一节中,使用了线路有功功率P作为SVC附加控制的输入信号,达到了一定的阻 尼控制效果。实际上。SvC常用的附加控制输入信号比较多脚1.比较常用的有有功功率P、 线路电流幅值Itn、线路有功电流分量Ia和区域惯量中心角频率∞。本文将分别对以上四种 输入信号利用相角补偿原理设计附加阻尼控制器,比较它们的阻尼控制效果。并通过时域仿 真和小扰动分析来比较不同附加控制信号在联络线潮流变化直至潮流反向情况下的阻尼特 性,从而选择更为合理的附加控制输入信号。 仿真验证系统仍使用上一节中的四机两区域系统,SvC也仍旧使用上一节中的传递函 数模型。其中部分参数设为KR=10,TRY0.02,Tw=5,Bswmx=3,Bsvcm∞=一3。Bsvc 体参数如表4.4所示。 表4.4不同附加输入信号控制器参数 附加输入信号 有功功率P 线路有功电流分量Ia 惯鼙中心角频率∞
Tl 0.05 O.05 O.03 0.05 T2 0|3 0.3 0.02 O_3 Kw 4 4 400 4 0=0。

附加控制器超前滞后环节参数应用相角补偿原理进行设计,具体设计步骤这里不在重复。具

线路电流幅值h

参数设计好之后,对系统进行时域仿真,设母线bus7处发生O.1秒瞬时接地短路故障,
得到的区域联络线的功率振荡曲线如图4.20所示。

40

东南大学硕士学位论文


图4.20不同附加输入信号控制器的阻尼效果

通过对故障下功率振荡曲线的振荡情况的初步判断,可以看到,首先这些附加输入信号
都能够有效的对系统的低频振荡进行抑制。但是不同附加输入信号的阻尼抑制效果并不相 同。可以看到,线路电流幅值Im和惯量中心角频率国作为附加输入信号时功率振荡曲线可 以更快的得以平息,经过两个周波后就基本达到了稳定,而有功功率P和线路有功电流分 量h则平息得较慢一些。 为了对不同附加控制信号阻尼控制效果进行鼍化的对比分析,利用PSASP的小扰动稳 定分析功能对系统进行小扰动特征根分析,得到区域闻振荡模式特征根如表4.5所示. 表4.5不同附加输入信号控制器特征根变化 附加控制信号 无附加控制 有功功率P 线路有功电流分量Ia 惯量中心角频率脚 特征根
一O.08+4.04{

阻尼比
2,1%
lO.9%

--0.44+3.98j —O_32+3.92j 一O.98+3.90j 一O,88+3.93j

8.2%
24..4%

线路电流幅值虹

21.8%

从小扰动的特征根分析,可以看到通过附加阻尼控制,四种常用附加阻尼信号都能够比 较大的提高区域间低频振荡模式的阻尼比,但阻尼效果各不相同。其中联络线功率P和线 路电流有功分量Ia的阻尼效果比较相近,阻尼比提升到了lO%左右。惯量中心角频率∞和

线路电流幅值h能够提供更好的阻尼效粟,阻尼比提升到了20%左右。实际上∞和h还
可以通过加大增益来进一步增强阻尼效果(这里暂不考虑由此引起的对电压控制的影响), 而P和Ia则基本达到所能达到的最大阻尼比。 由于联络线作为区域间功率传输的枢纽,功率变化是比较大的,而本文设计的控制器参

数是在一定的运行状态下得到的,那么控制器在联络线功率变化情况下阻尼控制效果能否得
到保证就显得格外重要。因此本节中,在现有联络线功率的基础上分别减少和增大联络线传 输功率直至潮流反向。并且控制器参数不变的条件下来模拟系统的各种运行状态.从而考察 不同附加阻尼控制输入信号下的阻尼控制效果。

通过小扰动分析特征根的变化情况以考察阻尼控制效果,特征根阻尼比变化如表4石所
示。(表中联络线功率P是单线功率,双线功率则是单线的两倍,单位为标么值)

41

第四章抑制区域同低顿振荡的FACTS阻尼控制

表4.6不同联络线功率下区域振荡模式特征根 附加控制输 入信号


联络线功率
(P=1.5)

联络线功率
(P=2)

联络线功率
(P----2.5)

联络线功率 反向(P=--2) +0h29+3.84j +0.16+4.32j +O,83+4.Olj —O,86+3.84i

一0.45+3.94j 一0.25+4.08j 一0.75+4.12j —O.65+4.12j

—O.44+3.98j —O.32+3.92j --0.98+3.90j --0.88+3.93j

—O.40+3.85j --0.4l+3.65j —1.20+3.62j —1.23+3.73j

h ∞
Inl

从表4.6可以看到,随着线路传输功率的增加,线路有功功率P的阻尼效果变化相对较 小.但是随着功率变大阻尼比反而有减小的趋势:而线路电流有功分量Ia、线路电流幅值 hn、惯量中心角频率∞的阻尼效果则随着联络线功率的增大而增大,这符合线路功率增大

而需要更好的阻尼效果这样的一个要求。从这个角度可以说这三个附加输入信号比较合适。 从联络线功率反向后得到的区域间振荡模式特征根的变化情况可以看到,线路功率P、 线路电流有功分量‰惯量中心角频率国都产生了负阻尼效果,从时域仿真图中也可以看 到联络线功率振荡是发散的:而线路电流幅值h仍能够产生正阻尼效果,而且阻尼效果仍
旧很好。对于线路功率P等信号,可以使用一个线路功率方向判断器,来考察线路功率的 方向t当潮流反向后,可以增加一个反向环节来改变阻尼控制效果,从而使其仍能够提供正 的阻尼效果。 通过以上对四种附加控制输入信号的分析,总结如下: (1)从测每角度看,线路功率P、线路电流有功分量la、以及线路电流幅值lm都是本 地量,比较容易得到;而惯篮中心角频率珊则是远方量,只是在有条件的情况下才可以考 虑应用。 (2)从某一运行状态下阻尼效果来看,四种附加控制信号都可以提供比较好的阻尼效 果,可以对区域间的低频功率振荡进行阻尼,但阻尼效果各不相同:相比线路功率P、线路

电流有功分量la。惯髓中心角频率∞和线路电流幅值h能提供更大的阻尼效果。
(3)从联络线潮流变化后其阻尼效果的适应性看,线路电流有功分量Ia,惯量中心角 频率(-0和线路电流幅值lin都随着联络线潮流的增大而提供更好的阻尼控制效果;从潮流反

向后的阻尼控制效果来看,只有线路电流幅值h仍能提供正的阻尼效果,而其它信号则提
供负的阻尼效果。

.综合以上的结果,可以看到线路电流幅值h是其中最为合适的附加控制输入信号。

4.4.5其它FACTS阻尼控制器设计
上一节对SVC附加阻尼控制器的设计进行了详细的介绍,并通过仿真验证了其良好的 阻尼控制效果。本节将对其它几种较为常用的FACTS器件进行阻尼控制器设计,并进行仿 真验证。 1.STATCOM阻尼控制器设计及仿真 STATCOM和SVC作为电压控制型器件,有相似的作用,区别在于SVC通过控制安装 节点的并联电抗来改变注入无功从而支持节点电压;而STATCOM则根据安装节点的电压 独立地发出相应的无功功率来支持电压,这也是STATCOM比SVC的优越之处。

一般情况下STATCOM的数学建模都是以电压为控制输出的,在FACTS数学建模一节 中给出了以电压输出为控制目标的数学模型。但在PSASP的自定义建模中并不提供对电压

的直接控制,两提供对母线注入电流实部珥和虚部珥输出的控制,因此为了实现PSASP
下的建模,提出了以控制注入电流为控制目标的数学模型,这也符合STATCOM的实际物

东南大学硕士学位论文

理机理。现假设安装点母线电压相角为4lIv6曰.那么注入无功电流的相角就为ANGB+90, (暂假设注入电流为容性)对应的注入电流实部和虚部分别为

:一lx/IT/矗舢8)
nt=|n/sin(刎VGB+90) =/IT/cos(.4.NGB)


m=/IT/co“ANGB+90)- K

H-2D

(4—22)

因此,更改数学模型框图如下图所示。

图4.21 STATCOM传递函数 其在PSASP自定义建模下建立的模型框图如下图所示。

第四章抑制区域问低频振荡的FACTS阻尼控翻

图4.22 PSASP自定义建模下STATCOM模型 其中部分参数设为KR=10,TR=0.02,T■=5。n.蛳x=3,ITmi==一3。 利用补偿原理设计得到的参数,T1=0.04,T2=0.5,Kw=4。

将.泣计好的St灯COM安装于区域联络母线BUSS上,对系统进行截障仿真。得到的线
路功率振荡对比情况如下图。



I一无控制 l-…-安装STATCOM 多 A ~ 谰弧 氏 呵 蜘 ∥沁 ~


--


a-


、一

鲁 荐

--

0 a 2 4 6 日 10 12 14 16 1日



时同(杪)

图4.23有无安装STATCOM功率振荡对比

东南大学硕士学位论文

可以看到,对比无控制下的功率振荡.安装了带有附加阻尼控制的STATCOM后。联

络线功率振荡在3—4周就基本平息了,因此能够比较有效的对联络线的功奉振荡进行阻尼. 对系统迸行小扰动稳定分析,得到控制前后系统区域闻低频振荡模式特征根的变化如下
表4.7有无安装STATCOM低频振荡特征根变化


无控制

特征根 一0.084771+j4.043585 --0。380626+j3.973842

阻尼比
2.1%
9.5%

I安装STATCOM

安装有附加阻尼控制的STATCOM后,区域间低频振荡特征根的阻尼比从2.11%增加到 9.5%,大大提高了系统区域间的阻尼。 2.TCsc阻尼控制器设计及仿真 TCSC和SVC的装置是基本相同的,只是串联入线路中,通过控制晶闸管的导通角从

而改变线路的电抗。PSASP自定义建模由于提供对线路电抗的直接输出控制,因此仍使用
上节中的数学模型。

k。
图4.24 TCSC数学模型框图 其在PSASP自定义建模下建立的模型框图如下图所示。

图4.25 PsASP自定义建模下TCSC模型

其中部分参数设为n一=O.015,Tw=5,Xnm=0,02,Xmm=--0.02,x胁d=0.11。
利用相角补偿原理设计得到的参数,TI=O.01,T2=0,3,Kw=0.3。

将设计好的TCSC安装于BUS8和BUS9之间的区域联络线上,对系统进行故障仿真,
得到的线路功率振荡对比情况如下图。

第四章抑制区域问低频振荡的F^CrS阻尼控制






n.A/、 l/、 ,、 △.太.A丢:芸二 【7一Y V、 ,Vr、了P 弋71_’ l 扩‘弋 ‘V V



TCSC



j 正

鲁 嚣

图4.26有无安装∞csC功率振荡对比 可以看到,对比无控制的功率振荡,安装了TCSC后,联络线功率振荡在2--3周就基 本平息了,因此能够比较有效地对联络线的功搴振荡进行阻尼。对系统进行小扰动稳定分析, 得到阻尼前后系统区域问低频振荡特征根的变化如表4.8所示。 表4.8有无安装TCSC低频振荡特征根变化 特征根 无控制 --0.084771+j4.043585
—O.582 188-j4.38 135 I

阻尼比
2.1%



安装TCSC

13.2%

安装TCSC后。区域闻低频振荡特征根的阻尼比从2.1%增加到13.2%,大大提高了系 统区域间的阻尼。 3.SSSC阻尼控制器设计及仿真 SSSC可以看成是一个与系统电压同步的电压源,该电压源的幅值和相位可以通过对晶 闸管导通角的改变来控制。一股把SSSC控制输出独立分为Vdr和Vqr。信号Vqr调节SSSC 输出电压中与线路电流正交的分量,它控制了SSSC和系统间的无功交换,它相当于决定了 引入到线路中的电抗补偿的量。而Vdr决定SSSC输出电压中和线路电流同相或反向的量, 它控制SSSC和系统间的有功功率交换,相当于在输电线路中引入一个可变电阻。

在常用的数学建模中,都是以Vdr和vqr这两个量作为SSSC输出的,在上节的数学建
模中也利用此原理。但PSASP的自定义建模并不提供对电压的直接控制,因此为了实现在 PSASP自定义模块下对该装置进行建模,将其作用等效为对线路电抗和电阻的控制。因此 将其数学模型改建为如下形式。

东南大学硕士学位论文

Xm

图4.27 SSSC传递函数框图 其在PSASP自定义建模下建立的模型框图如下闰所示。

驿}婴卜#u

暖“F哐呈卜=
图4.28 PSASP自定义建模下SSSC模型
4,7

其中部分参数设为TIm=O.015,TW=5,Xem,=0.02,Xmim=--0.02,Xfixed=0.11,R眦x
----0.002。Rm曲=一O,002,RfiI。d=O.0ll。

利用补偿原理设计得到的参数,T1=O.01。T2=0.3,Kwl=0.3,T3=0.05。T4=0.3.

K啦=--0.3.

第四章抑制区域闻低顿振荡的FACTS阻尼控制

将设计好的SSSC安装于BUS8和BUS9之间的区域联络线上,对系统进行故障仿真.
得到的线路功率振荡对比情况如下圈.




气拽附

-● ●●

\尘
-V


^ ,、. V‘ ,一、了 V

1=嚣翼。。l
V一]
●¨

—~ 日叫

^ V
3 正

鲁 嚣

●-

0 a 2 4 6 8 10 t2 14 16 18



时同(秒)

图4.29有无安装SSSC功率振荡对比 可以看到,对比无控制的功率振荡,安装了SSSC后,联络线功率振荡在2--3周就基 本平息了,因此能够比较有效的对联络线的功率振荡进行阻尼,对系统进行小扰动稳定分析, 得到阻尼前后系统低频振荡特征根的变化如下表所示。 表4.9有无安装SSSC低频振荡特征根变化


无控制

特征根 --0.084771+j4.043585 --0.640509+14.487516 安装SSSC

阻尼比
2.1% 14.2%



安装SSSC后。区域阃低频振荡特征根的阻尼比从2.1l%增加到14.2%,大大提高了系 统区域间的阻尼。 通过对以上三种FACTS器件的阻尼控制器的设计及仿真结果可以得到,FACTS对区域 间低频振荡的抑制效果还是十分有效的,因此利用FACTS实现区域间低频振荡的阻尼控制 是可行的。

4.5本章小结
电力系统的低频振荡分为区域内低频振荡和区域间低频振荡。上一章。通过使用PSS 实现了区域内低频振荡的阻尼控制,达到了很好的效果,但是PSS对于区域阊的阻尼控制 效果并不好,因此本章提出了利用FACTS来有针对地对区域间低频振荡进行阻尼控制。本 章首先通过数学公式的推导.证明了使用EAI:TS实现阻尼控制的基本原理,然后利用相角 补偿原理对区域间振荡能量进行持续消减的方法对区域间低频振荡进行抑制。本章以s、,c 为例,详细地说明了附加阻尼控制器的设计,并通过仿真验证表明,通过加装有附加阻尼控 制器的SVC能够有效地对区域间的低频振荡进行阻尼控制。针对SVC附加控制信号的多样 性,本章讨论了它们各自的特点,并通过仿真验证的方法,得到了线路电流幅值Inl作为附

48

东南大学硕士学位论文

加控制信号是最为合适的结论。本章最后对几种常用的FACTS器件,包括S1KrcDM、TCSC, SSSC的阻尼控制器进行了设计,并通过了仿真,都得到了很好的阻尼区域闻低频振荡的效
果。因此可以得出,利用FACTS器件有针对地对系统区域问低频振荡进行阻尼控制是可行

的。通过PSS和FACTS的合理应用,对系统各种低频振荡进行有效的阻尼控制,最终实现
电力系统功角的稳定运行。

第五章电力系统低频振荡系统总阻尼的探讨

第五章电力系统低频振荡系统总

阻尼的探讨
5.1引言
以上两章节分别通过P鹳和EAcTS实现了低频振荡阻尼控制,可以看到通过小扰动分 析,所要控制的低频振荡特征根的阻尼比都有了一定的提高,这也证明了这些阻尼控制装置 的有效性。振荡模式的阻尼比是考察系统低频振荡阻尼效果的一个重要指标,因此独立地研
究系统总阻尼特性也具有一定的意义。本章研究了影响系统总阻尼的参数,从而得出调节那 些不影响总阻尼的参数时.其就有守恒的特性。基于这个原理,在进行阻尼配置的时候就不 能只片面地考虑增加某个振荡模式的阻尼,而更应该全面地加以考虑,达到全系统更优的阻 尼控制。这对系统低频振荡的阻尼控制也将会有一定参考作用。PSS的这种阻尼特性已经被

证明了,文献[35]通过对含有PSS的全状态方程的分析得到对于一定的系统运行方式,系统 所有特征根实部之和为一常数,即所有模式的阻尼之和是恒定的,与PSS的放人倍数无关.
增大PSS的放大倍数后,在增大机电模式阻尼的同时,必将减少其它模式的阻尼,也就是 说,PSS提供给机电模式的阻尼是从其它模式中“借”来的。在多机系统中,存在多个机 电振荡模式,为了抑制某一机电振荡模式而设计的PSS,在增大自身机电振荡模式阻尼的同 时,可能会恶化另一个机电振荡模式的阻尼,这种负阻尼效应现象是多机系统的一种本质特

性。其根源不在于PSS设计是否合理。所以,PSS在系统中要合理地配置和恰当地选择参
数,以使系统机电振荡模式能够从非机电模式那里“借”来足够而合理地阻尼。本文则将此 原理推广至部分FACTS器件,证明其也具有这样的一个特性,并通过在实际系统中的仿真 计算验证了这种想法。因此在对系统进行阻尼控制的时候,无论是使用PSS,还是E~cTs 器件都应考虑到它自身不可避免的负阻尼效应,这就要求在设计阻尼控制器参数的时候更加 慎重。

5.2系统总阻尼的数学推导
由第四章对FACTS的介绍可以知道,加入了SVC及TCSC后,其作用等效为对B和x 的改变。借鉴第二章中单机无穷人系统状态方程的推导,在加入了SVC及TCSC后的全系 统小扰动状态矩阵如‘Ft”l。

东南大学硕士学位论文

0 △占 △西

%0


O O


墨 M r乙o 乏


膨 roo 乏
0 0




缱H

一生。一旦
一堡垒。一兰生

r0。



(5一1)




0…Kpe—Ke—x
M M


0岱X曲K 一—-堡一—里一

fU。1 xl△B5vc I

roo t 乏

roo 互

l‰J

堡一堕鱼一兰鱼 其中‰、如、‰分别表示由SVC产生的△Bsvc对△∞、山叼’、tLEfd作用的
系数;KN、J%、』(日分别表示由TC¥C产生的△xTcSc对Aa)、△匈’、aEfct作用的
系数。 通过式(5--1),并利用FACTS器件的具体数学模趔就很容易能够推出整个系统的全状 态矩阵A。这里使用SVC作为实例,其附加控制信号使用线路功率偏差△尸。暂取Upss,
zUt'tcsc为0。

SVC使用的模型如下图

图5.1 SVC模型

这里设中间变蹙葛、x7及输出变量B为新增状态变量,如图5.1所示。由¥VC的数学
传递框图,可得新增状态鬣的关系表达式如下

肚魄+%叫)x≠专饯哪
x2:—t+s—r,×工


=一×jL
1+st2

L,一ZJ (5—2)

毛=两K.wS万Tw×(eo一日)
上式在工作点附近线性化,得方程如下

第五章电力系统低频振荡系统总阻尼的探讨







0 。







一堕一旦一生

△J △西





一一Kps M
z’-o ‘



0 △J o
A∞

一旦
z”do



一旦一上一生o
z’00 2: z’-o 2:


龌% 船

一墨&o一墼一土一堡鱼0



×

丝。。
醴R 嬲


△毫

一坠o—K一6KR 一等一警。
?;


o一三鱼

。 。



2;

Yj


△而



一壹壶一刍
正 正正巧


一K

—K2







一土

(5--4)

由数学原理可知,状态矩阵A的所有特征根的和为器对角线的和。通过上面推导得到

的系统状态矩阵A的对角线为0’一兹’一舞’一专’一毒’一专’一毒。可见系
^, r‘。。



7:



Z≥

统的总阻尼只和以上所列的参数有关,也就和附加阻尼的增益』岛以及SVC的增益%无 关。在安装的SVC固定的条件_F-D、M、roo、圯-矗、乙及瓦都为常数;而

玛=(订+t)/(粕+t),其中嘞、ld、t分别为发电机的同步电抗、暂态电抗和外电
路电抗,对于一定的系统结构,不管运行状态如何,它们的值都是固定的,因此丘也是一
常数。所以,系统所有的特征根实部之和为一常数。因此在通过增加附加阻尼控制器以得到 某个振荡模式更大的阻尼比的条件下,将不可避免的造成某些其它特征根实部的减小。在某 些条件下可能会造成其它机电模式特征根阻尼比的减小。这也从数学原理上证明了负阻尼效 应的存在。 若使用不同的附加控制信号如电压、母线频率等.由于它们都是△J、AoJ或者其导数 的线性关系,所以并不会对系统状态矩阵A的对角线产生影响,所以对系统的总阻尼也不 会有影响.仍满足以上的分析。

5.3仿真验证
下面将仍用上一章的四机两区域系统作为仿真系统,发电机相应地改用三阶模型,其它

东南大学硕士学位论文

参数不变。使用PSASP的小扰动线性化平台得到系统状态方程矩阵A,然后在MATLAB下 编写相应的程序计算总阻尼.

SVC附加阻尼控制器中可以调节的参数是超前滞后环节时间常数五、五和增益Kr。
这里取不同的值来考察系统总阻尼的变化。以此来验证上面的推理,所得的实验数据如下表。 表5.1总阻尼和参数关系表 Kw变化
(下1-----0.05、T2=O.3) Kw=l 一1479.儿 Tl=0.05 一1479.1l T2=O.02 一1509.1l Kw----2
一1479.1l TI=o.1

Kw----4 一1479.¨ T1富0.15 一1479.11 T2--0.I 一1469.“

系统总阻尼 Tl变化
(Kw=4、1"2=0.3)

系统总阻尼 T2变化
(Kw=4、T1=0.05)

一1479.1l T2----0.05
一1479.“

系统总阻尼

使用不同的附加控制信号母线电压U,母线频率△珊得到的系统总阻尼同样并不变化。 分析所得的数据可以得出,系统的总阻尼和附加控制增益Kw、超前滞后环杼的分子T1, 以及附加控制的输入信号无关,而和超前滞后环节的分母T2相关。所以仿真计算和理论是 完全相符台的。 对TCSC进行的仿真计算得到的结论和理论也是相符的,这里不再重复列出。

5.4本章小结
通过数学推导以及实验验证可见,系统的总阻尼在调节某些参数(如增益Kw及时间常 数T1)的情况下是不变的,因此在通过增大增益以达到增加某些低频振荡模式阻尼的同时 势必会减少另一些模式的阻尼(包括机电模式的或是非机电模式的),那么就不能片面只考

虑增加某一低频振荡模式的阻尼,而要全面地加以考虑。这对附加控青Ⅱ在参数的选择与整定
上提供了一定的借鉴。本章只是探讨了系统总阳尼和控制器参数的关系,从而提出了阻尼转 移的必然性,但对于有关不同模式间阻尼的相互转移,特别是如何使非机电模式向机电模式 转移阻尼的问题还未涉及,需要以后进一步加以研究,以期更好的利用这个特性。

第六章结论

第六章结论
6.1本文总结
本文针对区域内低频振荡和区域间低频振荡各自的特点,分别利用电力系统稳定器和 EAcTs装置对其进阻尼控制,最终实现电力系统功角的稳定运行。 本文所做的具体工作如下: (1)电力系统稳定器作为一种最为常用的抑制电力系统低频振荡的控制器,在我国已 经得到了广泛的应用。但是如何选择控制器参数,以充分发挥其在抑制低频振荡中的作用,

将是主要考虑的问题。传统电力系统稳定器参数设计方法是针对某一要抑制的低频振荡模式
进行设计的,这对于所要抑制的振荡模式固然有很好的阻尼效果,但是却忽略了对其它振荡 模式的影响。本文提出了利用遗传算法,在充分考虑系统其它振荡模式阻尼效果的基础上进 行参数优化选择。通过仿真试验表明,利用这种方法设计出来的阻尼控制器,能够同时兼顾

所要抑制的振荡模式和其它部分振荡模式,因此是一种较传统参数设计更优越的设计方法。
虽然现在已经提出了很多新的控制策略,包括智能控制、非线性控制等等,但是在现场实际 的应用中却需要安装新的装置来实现这样的控制策略,而本文提出的优化算法,是基于传统 控制装置参数的一种优化,不需要增加新的成本,充分发挥了传统控制器的效用,这正是本 设计的优越之处。 (2)电力系统稳定器在针对区域内低频振荡的阻尼效果是十分有效的,但是在对于区 域间低频振荡情况F效果就不明显了。随着电力电子技术的发展,FACTS装置在系统中应 用不断酱及,本文提出了利用FACTS器件进行区域间低频振荡的阻尼控制。本文首先通过 数学模型的推导,证明了使用FACTS实现阻尼控制的基本原理,然后利用相角补偿原理对 区域问振荡能量进行持续消减以此实现对区域问低频振荡进行抑制。本文以SVC为例,详 细地说明了附加阻尼控制器的设计,并通过待真验证表明,通过加装有附加阻尼控制器的 SVC能够有效地对区域间的低频振荡进行阻尼。针对SVC附加控制信号的多样性,本文讨 论了常用的几种附加控制信号各自的特点,并通过仿真验证的方法,得到了线路电流幅值

h作为附加控制信号是最为合适的结论。本文对其它几种常用的FACTS器件(包括
STATCOM、TCSC、SSSC)也进行了阻尼控制器的设计,通过仿真的结果表明其都能够很 好的对区域同低频振荡进行阻尼。因此可以得出结论,利用FACTS器件有针对地对系统区 域间低频振荡进行阻尼控制是可行的。这样通过PSS和FACTS的合理应用,对系统各种低 频振荡进行有效的阻尼控制,最终实现电力系统功角的稳定运行。

(3)在研究了PSS和FACTS进行的阻尼控制之后,本文从系统总阻尼这样一个角度
来考虑系统的阻尼问题。通过数学模型推导出了系统总阻尼和控制器参数的关系,提出了系 统总阻尼具有类似守恒性的这样一个特点,这也从另一个角度证明了负阻尼效应无论对于 PSS阻尼控制系统还是FACTS阻尼控制系统都是不可避免的。因此在设计阻尼控制器时, 就不能片面只考虑增加某一低频振荡模式的阻尼,而要全面的考虑,进行协调控制。这也对 附加控制在参数的选择与整定上提供了一定的借鉴。

6.2可进一步开展的工作
本文利用相角补偿原理对FACTS阻尼控制器参数进行设计,虽然这种方法实现简单. 阻尼效果也比较好,但其缺点也是比较明显的.一方面,其对阻尼增益设计是通过尝试法得

到的,取值比较麻烦而且无法取得最为合适的值;另一方面,由于这种设计是针对某一运行

东南大学磺士学位论文

状态下设计得到的参数,自然也无法满足鲁棒性的要求。本文对FACTS阻尼控制器的设计, 其目的重点在于说明了FACTS作为抑制区域间阻尼控制器的有效性,而且也达到了目标。

茵此在应用了更优的控制理论,必将能够更好的发挥这些FACTS器件的阻尼控制作用。特 别是随着鲁棒控制理论的不断发展,通过其设计的鲁棒控制器必将能够使E^cTs的阻尼控
制更加有效,充分地发挥器件的功效。对于同时安装PSS和FACTS情况下,它们之间相互

的影响可能会导致控制器阻尼效果的减弱,在这方面本文并没有考虑,这也有待于进一步研
究. 在对系统总阻尼探讨中,本文只是探讨了系统总阻尼和控制器参数的关系,提出了总阻 尼在特定情况下守恒这样一个概念,由此负阻尼效应也就不可避免。但是对于有关不同模式 问阻尼的相互转移,特别是如何使非机电模式向机电模式转移阻尼的问题还未涉及,需要以 后进一步加以研究,以期更好的利用这个特性。





经过—年多的努力,论文终于得以顺利完成,其中付出了自己不少的努力.但是文章的

完成,决不仅仅是自己一个人的成果,其中更是凝结了很多人付出。最要感谢的就是我的导 师蒋平老师.从最初选题方向的指导,中期内容的点拨,直至最后整篇文章一遍遍详细的披 阅和给出修改意见,蒋老师都是尽心尽职。蒋老师严格的教学,严谨的作风、细心的指导以 及塌实的为人,都深深地感化了我,对我受益匪浅.感谢一起陪我走过这段艰苦时光的女朋 友庞晓燕,她对我的文章提出了不少文字方面的修改意见,使文章润色不少,更重要的是让 我在学习中仍能够保持一颗轻松快乐的心.感谢黄霆师兄在我最初进入实验室时对我的关 心,让我很快的适应了研究生生活,同时在学习上也给了我极大的帮助。感谢顾伟师兄这三 年来在学习和生活上对我帮助,他就如一位过来的大哥哥,给我树立了一个很好的榜样,促 进我进步。还要感谢我们实验室的兄弟姐妹们,他们是徐珂师兄.徐浩师兄、黄霆师兄、曹 亚龙师兄、徐舒师兄、刘小宝、陆圣芝、王杨正、高磊,王晓伟,他们共同组成了我们108 实验室,有这样一个和谐愉快的学习环境,也是必不可少的.同样要感谢我们宿舍的三位同 学,查申森、陈存、崔杨,一个温馨的宿舍使我能够很好的休息,养好精力再投入学习.感 谢我的父母,养育之恩无以为报,只能工作之后,一片孝心,以图回报。最后对多年来在我 成长道路上给予理解、支持、鼓励和关爱的所有亲人、师长、同学和朋友表示真挚的谢意.

参考文献

参考文献
【11徐政译电力系统稳定与控制【Ml中国电力出版社2002 【21徐政译基于晶闸管的柔性交流输电控制装置[MI机械工业出版社2004 【3】倪以信陈寿孙张宝霖动态电力系统的理论分析【M】清华大学出版社2002 【4】刘金琨智能控制[ ̄fl电子工业出版社2005 【5】李光琦电力系统暂态分析fM]中国电力出版社1995
【6】窦春霞组合电力系统混台自适应稳定器的设计明电力系统自动化20{)0。10:21-23

[7】谢小荣,肖晋宇,童陆园,韩英铎采用广域测量信号的互联电网区间阻尼控制阴电力系统
自动化,2004,28(2):50一54

[8】蒋平,黄霆,罗建裕基于增强连续禁忌算法的PSS参数优化忉电力自动化设备2004,
24(12):19-22

[9】胡伟,梅生伟,卢强,高光华多机系统的非线性自适应分散稳定控制阴电力自动化设备
2000.2l:7-10

ClO】季黄平励磁侧电力系统臼适应稳定器的设计[力陕西工学院学报2001。17(4):16.19

[111谭振宇,程时杰,魏璇,李江,文劲宇基于神经艇络的自适应电力系统稳定器阴电力系统
自动化'2000,15:1-5 【12】张剑,许镇琳,王天将基于单神经元的参数自学习模糊控制器的研究闭中小型电 机,2005,32(2):18—21

【t3];JJ皓明,MOKTK,李扬,倪以信基于遗传算法的UPFC模糊阻尼控制器参数优化及与梯度
下降法的比较m电力自动化设备。200525(1 1):5.10

【14】宁联辉,程时杰,文劲宇,彭晓涛可控串{b(TCSC)的自适应单神经元控制啊继电
器,2005.33(2):10?12

【15]杨晓东,房大中,刘长胜,宋文南阻尼联络线低频振荡的SVC自适应模糊控制器研究讲 中国电机工程学报,2003,23《1):56.60

[16]fl攒g,郭雷,陈珩H。电力系统稳定器的设计叨中国电机工程学报,1999,19(3):59-62
【17】杨琳,赵书强H。电力系统稳定器的设计及其降阶阴电力自动化设备’2003,23(3):36.39

【18】谢小荣灌文进,唐义良.韩英铎STATCOM无功电流的鲁棒自适应控制四中国电机工程
学报,2001.2t(4):35.39 【19】周林,雷绍兰静止无功补偿器(sVc)的H。鲁棒控制器设计们电力建设,2001,22(6):57-59 [20]Hui
Ni.Robust

damping controller design for Im-gc power sbratcms using wide

al-98

measuremeats[C1

Arizolla State University,2002

【2l】张扬,毛雪雁,邬道丰等用户自定义建模的励磁系统仿真和PSS设计们电网技术,
1998,22(3):14-18

[22]马燕峰,赵书强,魏清基于遗传算法的交直流电力系统稳定器和附加控制器的协调哪
电力自动化设备,2004,24(5):75.78 [23]EEDemello
1EEE Concepts of Synchronous

Machine Stability∞Affeaed

by Excitation Contr01.

Tram.OnPAS.1969.88(4):316-329
of Power

f241 M.A.Abida Y.LAbdel._Magid.Analysis

System Stability

Enhancement

via

Excitation

and Facts-Based

Stabilizers叨.Electric

Power Components and

Systems,2004,32(75):

东南大学硕士学位论文

91-95.

[25】Lei)(,Li)【'Povh D.A 2001,59(2):103-109.
ForceCommutat-ed

nonlinem"control for coordinating TCSC and generator

exeitaaon协

e虹han∞the trmasient stability oflong u-ammaission

systmspj.Electric

Power Systems Research,

[26】Semi Yoshihiko,Hanmaoto Yoshiaobn,Hasegawa T,et aL New Static VAR Control UsiIlg bver魄暑.mEB Trammiom on Power Apparatu戳and Systems.I%12AS一100

(9):4216--4224 【27]Edwards Cw,Mdltcm KE,StaecyE.J,矧.Advaaeed Static VAR Generator Employing G1D Thyristors.匝EE Tran鼹tions on Power Delivery,1988,3(4):1622—1627 C28]王仲鸿,沈斐,吴铁铮FACTS技术研究现状及其在中国的应用与发展阴电力系统自动 化,2000.23:1-4. 【29]何大愚电力电子技术的进步与柔性交流输电技术的换代发展棚电网技术,1999,23 (10):1-4 [30]黄顺礼基于电力电子技术的柔性交流传输设备明电工技术杂志,2002,17(4):59-61. [3IlM.A.Abido,Y.LAbdcl。Magid.Analysis
Excitation end Facts-Baaed 91.95. of

Power

System

Stability

Enhancement

via

Stabilizers[J].Electric

Power Components

end Systems,2004.32(75):

【32]Nadarajah Mithulanenthen,Claudio A.Canizares,John Reeve,Graham
ofPSS,SVC,and STATCOM controllers for dampmg power system
on

J.Rogers Comparison

oscillations阴.IEEE Trens

Power system,2003,18(2):786-792.

【33]栗春,姜齐荣,王仲洪,李承业±20MvarSTATCOM阻尼控制器输入信号选择研究闭电力
系统自动化。2000,24(23):50—53

[34]王海风,李乃湖,陈珩,唐国庆静止无功补偿器阻尼电力系统低频振荡一理论分析们中国
电机工程学报,1996,16(3):190.195 【35】赵书强,常鲜戎,贺t:睦,马燕峰PSS控制过程中的借阻尼现象与负阻尼效应田中国屯 机:[程学报2004,24(5):7.1 l [36]汤涌电力系统强迫功率振荡分析[J】电网技术,1995,19(12):6-10 【37】王铁强电力系统低频振荡共振机理的研究[D】北京:华北电力大学200t 【381
I Dobson,J Zhaag,S Greene,就al Strong modal IEEE
on

oscillations

T㈣oms

resonance



p㈣0r

to

power system Theory

Cireuim

and

Systems



Fundamental

end

AppHc撕∞s,2001,48(3):340-349 【39]E
H Abed,P Varaiya Nonlinear oscillafiom in power system Ekc仃ic Power

end

Energy

System,1984,6(I):37-43

【40】薛禹胜,周海强,顾晓荣电力系统分岔与混沌研究述评佣电力系统自动化200226
(16):9-15

【4l】郝思鹏电力系统低频振荡综述阴南京工程学报,2003,l(1):1-7 [42】韩英铎,姜齐荣.谢小荣,沈斐从美加大停电事故看我国电网安全稳定对策的研究阴电 力设备2004,5(3):8.12 【43】Abido MA,Abdcl-Magid
and facts-based YL

Analysis

ofpower system stability

elthaneemont

via excitation

stabilizers[J】Electric

Power Components

end Systems 2004,32(1):75-91

58

研究生期同发表论文

研究生期间发表论文
严伟佳,蒋平,李峰.谐波对电能计量影响的研究.华东电力。V01.34,No.2,2006:40-42 严伟佳,蒋平.低频振荡中系统总阻尼的探讨.江苏电机工程,V01.25,No.4,2006:49-51 严伟佳,蒋平.抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制.高电压技术(录用)

严伟佳,蒋平.顾伟.SVC阻尼控制附加信号选取的探讨.电力系统及其自动化学报(录
用)

电力系统低频振荡阻尼控制研究
作者: 学位授予单位: 严伟佳 东南大学

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1147403.aspx


相关文章:
电力系统低频振荡
电力系统低频振荡_物理_自然科学_专业资料。电力系统低频振荡综述 1 研究背景和意义...频率响应法[11] 主要用来设计低频振 荡阻尼控制器,也可判断系统稳定性,但频率...
电力系统低频振荡
威胁到互联电力系统的安全稳定运行,有必要深入研究互联系统中低频振荡的诱发机理及...频率响应法[11] 主要用来设计低频振 荡阻尼控制器,也可判断系统稳定性,但频率...
电力系统低频振荡分析与抑制
系统缺乏阻尼或者系统阻尼为负引起的功率波动的振荡...数学模型、分析方法、影响因素及控制器设计等方面备受...因此,研究研究低频振荡现象的发生机理,更全面的认识...
开题报告,电力系统低频振荡的数字仿真研究
毕业设计(论文) 开题报告题 目: 电力系统低频振荡的数字仿真研究 院系名称: ...或实测数据通过辨识技术得到系统的等 值线性模型,用于振荡模式分析和阻尼控制的...
电力系统低频振荡的产生原因及危害性
电力系统低频振荡的产生原因及危害性_数学_自然科学_专业资料。今日...41页 免费 电力系统低频振荡阻尼控... 64页 免费喜欢此文档的还喜欢 ...
什么是电力系统振荡阻尼
统遭受到大干扰时, 能否维持同步运行的能力; 而动态稳定是研究电力系统受到扰动后,恢复 原始平衡点或过渡到新的平衡点的过程稳定 性,可以理解为电力系统振荡阻尼...
低频振荡
13 华北电力大学 动态电力系统分析与控制作业 电力系统低频振荡前言近年来, 随着...[3]提出的 是 用负阻尼力矩的概念对单机无穷大系统低频振荡现象进行机理研究。...
PSS阻尼在低频振荡中的影响分析
介绍电力系统低频振荡的产生机理,简述发电机各种阻尼,...本文主要研究电 力系统稳定器(PSS)阻尼在低频振荡中...控制信号, 使发电机的电磁转矩产生阻尼低频振荡的...
低频振荡问题综述
因素的影响, 研究认为, 当今电力系统发生低频振荡问题 大多是由系统的阻尼不足...2. 简单的数学分析由上所述,一般负担电压控制、无功功率分配等任务的发电机的...
电力系统振荡的结果及预防
低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应,常...我厂采用励磁控制系统的附加控制构成的 PSS 电力系统...电力系统振荡解列研究 暂无评价 4页 ¥2.00 电力...
更多相关标签:
电力系统低频振荡 | 电力系统低频振荡 pdf | 电力系统振荡 | 电力系统次同步振荡 | 电力系统振荡原因 | 什么是电力系统振荡 | 电力系统发生振荡 | 电力系统振荡电压波形 |